Mangan, một kim loại đa năng, được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như luyện kim (Sun và cộng sự, 2022), sản xuất pin (Song và cộng sự, 2023) và lĩnh vực y sinh (Sisakhtnezhad và cộng sự, 2023). Hiện nay, nhu cầu về xe điện ngày càng tăng trên toàn cầu đang thúc đẩy nhu cầu về pin điện, từ đó thúc đẩy nhu cầu về kim loại mangan (Maisel và cộng sự, 2023). Dữ liệu năm 2022 về mức tiêu thụ quặng mangan của Trung Quốc cho thấy mức tăng đáng chú ý trong việc sử dụng mangan trong pin lithium{11}}ion, vượt mốc 1% (IMNI, 2023). Trung Quốc không chỉ được xếp hạng là nhà sản xuất quặng mangan lớn thứ tư trên thế giới, sau Nam Phi, Gabon (USGS, 2023) và Úc mà còn giữ vị trí hàng đầu là nhà sản xuất kim loại mangan điện phân (EMM) lớn nhất (DJ He và cộng sự, 2021; Li và cộng sự, 2023). Tình hình hiện tại là các doanh nghiệp sản xuất EMM quy mô lớn chỉ tồn tại ở Trung Quốc và Nam Phi. Kể từ năm 2008, Trung Quốc đã liên tục đóng góp tới hơn 98% sản lượng EMM toàn cầu, khẳng định mình là nhà sản xuất hàng đầu trên toàn thế giới (Han và Wu, 2019).
Sản xuất điện phân kim loại mangan đại diện cho một ngành công nghiệp chế biến được đặc trưng bởi mức tiêu thụ tài nguyên và năng lượng cao, tạo ra ô nhiễm đáng kể, chi phí cao và lợi nhuận tương đối thấp (Ning và cộng sự, 2010). Phần lớn các doanh nghiệp sản xuất EMM ở Trung Quốc tập trung ở Tam giác Mangan nổi tiếng, được phân định bởi Hồ Nam, Quý Châu và Trùng Khánh. Tuy nhiên, các doanh nghiệp trong khu vực thiếu nhận thức về môi trường, dẫn đến những thiệt hại và ô nhiễm môi trường đáng kể do các doanh nghiệp này gây ra (SC He và cộng sự, 2021). Ô nhiễm do sản xuất công nghiệp EMM, bao gồm dư lượng mangan điện phân, giải phóng Mn2+và nitơ amoniac gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với hệ sinh thái và sức khỏe con người (Chen và cộng sự, 2022). Vì vậy, cần đánh giá toàn diện tác động môi trường của việc sản xuất EMM tại khu vực Tam giác Mangan để đưa ra khuyến nghị về sản xuất sạch hơn.
Đánh giá vòng đời (LCA) được coi là một công cụ mạnh mẽ để phân tích môi trường, định lượng một cách có hệ thống tác động môi trường của sản phẩm, quy trình hoặc hoạt động (ISO 14040, 2006). Được áp dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm nông nghiệp (van der Werf và cộng sự, 2020), xây dựng (Rodrigues và cộng sự, 2023) và khai thác mỏ (Tao và cộng sự, 2022), LCA cung cấp sự hiểu biết toàn diện về các tác động môi trường. Đối với ngành công nghiệp kim loại mangan, Westfall et al. (2016) đã thu thập dữ liệu sơ cấp từ 16 nhà sản xuất hợp kim mangan trên toàn thế giới và tiến hành LCA. Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng GWP, AP, POCP cho 1 kg hợp kim mangan trung bình là 6 kg CO2đương lượng, 45 g SO2eq và 3 g C2H4eq tương ứng. Ninh và cộng sự. (2010) đã tiến hành phân tích cân bằng vật chất và chất gây ô nhiễm toàn diện trong ngành công nghiệp EMM ở Trung Quốc, tiết lộ nguồn và điểm đến của các chất gây ô nhiễm chính. Tuy nhiên, nghiên cứu của họ không đề cập đến khía cạnh biến đổi khí hậu. Bành và cộng sự. (2011) đã sử dụng LCA để so sánh tác động môi trường của việc sản xuất EMM ở Trung Quốc và Nam Phi, chỉ tập trung vào tiềm năng nóng lên toàn cầu và tiềm năng axit hóa. Davorie và cộng sự. (2017) đã tiến hành LCA để đánh giá lượng phát thải hạt trong sản xuất hợp kim mangan. Kết quả cho thấy rằng 66% lượng phát thải chất dạng hạt liên quan đến sản xuất-xảy ra bên ngoài các cơ sở mangan, trong đó lượng phát thải trực tiếp hoặc tại chỗ-chiếm 34% tổng lượng phát thải PM. Tuy nhiên, nó chỉ nghiên cứu các hạt vật chất và không nghiên cứu các chất ô nhiễm khác. Farjana và cộng sự. (2019) đã tiến hành phân tích LCA về sản xuất quặng mangan dựa trên cơ sở dữ liệu Ecoinvent, nhưng không bao gồm phần điện phân tiếp theo của tinh quặng mangan. Zhang và cộng sự. (2020) đã tiến hành phân tích LCA chi tiết về sản xuất EMM ở Trung Quốc, nhưng dữ liệu khai thác và điện phân được chọn không có nguồn gốc từ cùng một doanh nghiệp, dẫn đến sự khác biệt về không gian. Hơn nữa, phần lớn các nghiên cứu hiện có liên quan đến EMM chủ yếu tập trung vào việc phân tích các chất gây ô nhiễm của nó. Ví dụ, Zhang và cộng sự. (2023) đã điều tra tình trạng ô nhiễm kim loại nặng của Mn, Zn, Pb và các loại khác ở khu công nghiệp EMM phía bắc Trung Quốc và môi trường xung quanh. Sun và cộng sự. (2020) đã sử dụng việc thu hồi tài nguyên lưu huỳnh từ quá trình nung cặn mangan điện phân và quặng mangan khử lưu huỳnh để sản xuất sạch mangan điện phân. Xu và cộng sự. (2014) đã đề xuất phương pháp xử lý nước thải toàn diện cho hoạt động sản xuất EMM thông qua nghiên cứu cân bằng nước của các doanh nghiệp EMM. Tóm lại, Trung Quốc hiện thiếu một nghiên cứu LCA toàn diện, chất lượng-cao về tác động môi trường của việc sản xuất EMM. Để giải quyết vấn đề này, nghiên cứu này đã chọn công ty sản xuất mangan điện phân tiêu biểu nhất ở Tam giác Mangan, khu vực có trữ lượng mangan giàu nhất ở Trung Quốc. LCA đã được tiến hành về sản xuất mangan điện phân từ giai đoạn khai thác đến giai đoạn điện phân.
Nghiên cứu này nhằm mục đích (1) phân tích gánh nặng môi trường của việc sản xuất EMM ở khu vực Tam giác Mangan của Trung Quốc bằng phương pháp LCA; (2) thu được kết quả định lượng của đánh giá tác động vòng đời (LCIA) cùng với thông tin không chắc chắn và xác định các loại tác động chính đối với môi trường; (3) xác định các quy trình và nội dung chính, tiến hành phân tích độ nhạy đối với các quy trình chính và kiểm tra mức độ biến đổi trong kết quả LCIA; (4) mô phỏng các kịch bản năng lượng khác nhau, so sánh tác động môi trường tương ứng của chúng và đề xuất chiến lược tối ưu hóa cho ngành sản xuất kim loại mangan điện phân ở Trung Quốc. Sau khi tiến hành LCA định lượng, hãy phân tích từ nhiều góc độ, bao gồm sự đóng góp, tính không chắc chắn và độ nhạy để đánh giá toàn diện hiện trạng và tác động môi trường của công nghệ sản xuất EMM ở Trung Quốc. Phân tích này nhằm mục đích tối ưu hóa việc tiêu thụ tài nguyên và năng lượng cũng như giảm cường độ phát thải chất ô nhiễm. Đề xuất các biện pháp kỹ thuật nhằm đạt được sản xuất EMM sạch và hiệu quả cũng như xây dựng hệ thống năng lượng xanh và bền vững.
