多用途金属であるマンガンは、冶金 (Sun et al., 2022)、電池製造 (Song et al., 2023)、生物医学分野 (Sisakhtnezhad et al., 2023) など、さまざまな産業にわたって応用されています。現在、世界的な電気自動車の需要の増加により、動力電池の需要が高まり、それによって金属マンガンの需要が増加しています(Maisel et al., 2023)。中国のマンガン鉱石消費に関する 2022 年のデータは、リチウムイオン電池でのマンガン利用が 1% のマークを超えて顕著に増加していることを示唆しています (IMNI、2023)。{11}}中国は、南アフリカ、ガボン（USGS、2023）、オーストラリアに次ぐ世界第 4 位のマンガン鉱石生産国であるだけでなく、電解マンガン金属（EMM）の最大生産国としてもトップの地位を保っている（DJ He et al., 2021; Li et al., 2023）。-現状では、大規模な EMM 生産企業は中国と南アフリカにしか存在しません。- 2008 年以来、中国は一貫して世界の EMM 生産の 98 % 以上に貢献し、世界有数の生産者としての地位を確立しています (Han and Wu、2019)。
マンガン金属の電気分解生産は、資源とエネルギーの消費量の増加、多量の汚染の発生、高コスト、および比較的低い利益を特徴とする加工産業を代表する(Ning et al., 2010)。中国のEMM生産企業の大部分は、湖南省、貴州省、重慶市で囲まれた有名なマンガントライアングルに集中しています。しかし、この地域の企業は環境意識を欠いており、その結果、これらの企業によって重大な環境破壊と汚染が引き起こされました(SC He et al., 2021)。 EMM の工業生産によって発生する汚染 (電解マンガン残留物、マンガンの放出など)2+、およびアンモニア性窒素は、生態系と人間の健康に深刻な脅威をもたらします（Chen et al.、2022）。したがって、よりクリーンな生産のための推奨事項を作成するには、マンガン三角地域における EMM 生産の環境への影響を包括的に評価する必要があります。
ライフサイクルアセスメント (LCA) は、製品、プロセス、または活動の環境への影響を体系的に定量化する、環境分析の強力なツールとして機能します (ISO 14040、2006)。 LCA は、農業 (van der Werf et al., 2020)、建設 (Rodrigues et al., 2023)、鉱業 (Tao et al., 2022) などの多様なセクターにわたって広く適用されており、環境への影響を包括的に理解することができます。金属マンガン産業に関しては、Westfall et al. (2016) は世界中のマンガン合金メーカー 16 社から一次データを収集し、LCA を実施しました。研究の結果、平均的なマンガン合金 1 kg の GWP、AP、POCP の合計は 6 kg CO であることが示されました。2当量、45 g SO2等量、および 3 g C2H4それぞれeq。ニンら。 (2010) 中国の EMM 産業の包括的な物質収支と汚染物質の分析を実施し、主要な汚染物質の発生源と目的地を明らかにしました。しかし、彼らの研究は気候変動の側面には触れていませんでした。ペンら。 (2011) は、LCA を利用して、地球温暖化係数と酸性化係数のみに焦点を当て、中国と南アフリカにおける EMM 生産の環境への影響を比較しました。ダボリーら。 (2017) マンガン合金製造における粒子状物質の排出を評価するために LCA を実施しました。その結果、生産関連の粒子状物質排出量の 66 % がマンガン施設の外で発生し、直接または現場での排出が総 PM 排出量の 34 % を占めることが明らかになりました。-しかし、それは粒子状物質のみを研究しており、他の汚染物質については調査していません。ファルジャナら。 (2019) は、Ecoinvent データベースに基づいてマンガン鉱石生産に関する LCA 分析を実施しましたが、その後のマンガン精鉱の電気分解部分はカバーしていませんでした。張ら。 (2020) は、中国の EMM 生産に関する詳細な LCA 分析を実施しましたが、選択された採掘データと電気分解データは同じ企業から得られたものではなく、その結果、空間的な不一致が生じました。さらに、EMM に関する既存の研究の大部分は、主にその汚染物質の分析に焦点を当てています。たとえば、Zhang et al. (2023) 中国北部の EMM 工業地帯とその周辺環境における Mn、Zn、Pb などの重金属汚染状況を調査しました。サンら。 (2020) は、電解マンガンのクリーンな生産のために、電解マンガン残渣の焙焼およびマンガン鉱石の脱硫からの硫黄資源回収を利用しました。徐ら。 (2014) EMM 企業の水収支に関する研究を通じて、EMM 生産のための包括的な廃水処理方法を提案しました。結論として、中国には現在、EMM 生産による環境への影響に関する質の高い包括的な LCA 研究が不足しています。-これに対処するために、この研究では、中国で最も豊富なマンガン鉱床がある地域であるマンガン三角地帯で最も代表的な電解マンガン生産会社を選択しました。電解マンガンの採掘段階から電解段階までのLCAを実施しました。
本研究の目的は、(1)中国マンガン三角地帯におけるEMM生産の環境負荷をLCA法を用いて分析すること。 (2) 不確実性情報とともにライフサイクル影響評価 (LCIA) の定量的結果を取得し、環境に対する主要な影響カテゴリーを特定する。 (3) 主要なプロセスと物質を特定し、主要なプロセスについて感度分析を実施し、LCIA 結果のばらつきの程度を調査する。 (4) さまざまなエネルギーシナリオをシミュレーションし、それに対応する環境への影響を比較し、中国の電解マンガン金属生産産業の最適化戦略を提案します。定量的なLCAを実施した上で、寄与度、不確実性、感度など多角的に分析し、中国におけるEMM生産技術の現状と環境影響を総合的に評価します。この分析は、資源とエネルギーの消費を最適化し、汚染物質の排出強度を削減することを目的としています。クリーンで効率的なEMM生産を実現し、グリーンで持続可能なエネルギーシステムを構築するための技術的対策を提案します。
