El manganeso, un metal versátil, encuentra aplicaciones en diversas industrias, como la metalurgia (Sun et al., 2022), la fabricación de baterías (Song et al., 2023) y los campos biomédicos (Sisakhtnezhad et al., 2023). Actualmente, la creciente demanda mundial de vehículos eléctricos está impulsando la demanda de baterías eléctricas, impulsando así la demanda de manganeso metálico (Maisel et al., 2023). Los datos de 2022 sobre el consumo de mineral de manganeso en China sugieren un aumento notable en la utilización de manganeso en baterías de iones de litio-, superando la marca del 1 % (IMNI, 2023). China no solo se ubica como el cuarto-mayor productor mundial de mineral de manganeso, después de Sudáfrica, Gabón (USGS, 2023) y Australia, sino que también ocupa la primera posición como mayor productor de metal de manganeso electrolítico (EMM) (DJ He et al., 2021; Li et al., 2023). La situación actual es que las empresas de producción de EMM a gran escala-sólo existen en China y Sudáfrica. Desde 2008, China ha contribuido constantemente a más del 98 % de la producción mundial de EMM, consolidándose como el principal productor a nivel mundial (Han y Wu, 2019).
La producción por electrólisis de manganeso metálico representa una industria de procesamiento caracterizada por un elevado consumo de recursos y energía, una generación sustancial de contaminación, altos costos y ganancias relativamente bajas (Ning et al., 2010). La mayoría de las empresas de producción de EMM en China se concentran en el famoso Triángulo del Manganeso, delimitado por Hunan, Guizhou y Chongqing. Sin embargo, las empresas de la región carecían de conciencia ambiental, lo que provocó importantes daños ambientales y contaminación causada por estas empresas (SC He et al., 2021). La contaminación generada por la producción industrial de EMM, incluidos los residuos de manganeso electrolítico, la liberación de Mn2+y el nitrógeno amoniacal representan una grave amenaza para los ecosistemas y la salud humana (Chen et al., 2022). Por lo tanto, es necesario evaluar exhaustivamente el impacto ambiental de la producción de EMM en la región del Triángulo de Manganeso para poder hacer recomendaciones para una producción más limpia.
La evaluación del ciclo de vida (ACV) se erige como una potente herramienta para el análisis ambiental, cuantificando sistemáticamente el impacto ambiental de productos, procesos o actividades (ISO 14040, 2006). Ampliamente aplicado en diversos sectores, incluida la agricultura (van der Werf et al., 2020), la construcción (Rodrigues et al., 2023) y la minería (Tao et al., 2022), el ACV proporciona una comprensión integral de las implicaciones ambientales. Para la industria del metal de manganeso, Westfall et al. (2016) recopilaron datos primarios de 16 productores de aleaciones de manganeso en todo el mundo y realizaron un ACV. Los resultados del estudio muestran que el GWP, AP y POCP totales para 1 kg de aleación de manganeso promedio fue de 6 kg de CO2equivalente, 45 g SO2eq, y 3 g C2H4eq, respectivamente. Ning et al. (2010) realizaron un balance de materiales integral y un análisis de contaminantes de la industria EMM en China, revelando las fuentes y destinos de los principales contaminantes. Sin embargo, su estudio no abordó el aspecto del cambio climático. Peng et al. (2011) utilizaron ACV para comparar los impactos ambientales de la producción de EMM en China y Sudáfrica, centrándose únicamente en el potencial de calentamiento global y el potencial de acidificación. Davourie et al. (2017) realizaron un ACV para evaluar las emisiones de partículas en la producción de aleaciones de manganeso. Los resultados revelaron que el 66 % de las emisiones de partículas-relacionadas con la producción se producen fuera de las instalaciones de manganeso, y las emisiones directas o-in situ representan el 34 % de las emisiones totales de PM. Sin embargo, solo estudió partículas y no investigó otros contaminantes. Farjana et al. (2019) realizaron un análisis de ACV sobre la producción de mineral de manganeso basado en la base de datos de Ecoinvent, pero no cubrieron la parte posterior de la electrólisis del concentrado de manganeso. Zhang et al. (2020) realizaron un análisis de ACV detallado sobre la producción de EMM en China, pero los datos seleccionados de minería y electrólisis no procedían de la misma empresa, lo que generó discrepancias espaciales. Además, la mayoría de los estudios existentes relacionados con EMM se han centrado predominantemente en el análisis de sus contaminantes. Por ejemplo, Zhang et al. (2023) investigaron la situación de contaminación por metales pesados de Mn, Zn, Pb y otros en una zona industrial de EMM del norte de China y su entorno circundante. Sol y cols. (2020) utilizaron la recuperación de recursos de azufre a partir de la tostación de residuos de manganeso electrolítico y la desulfuración del mineral de manganeso para la producción limpia de manganeso electrolítico. Xu et al. (2014) propusieron un método integral de tratamiento de aguas residuales para la producción de EMM a través de un estudio sobre el balance hídrico de las empresas de EMM. En conclusión, China carece actualmente de un estudio de ACV integral y de alta-calidad sobre los impactos ambientales de la producción de EMM. Para abordar esto, este estudio seleccionó la empresa productora de manganeso electrolítico más representativa del Triángulo del Manganeso, la región con los depósitos de manganeso más ricos de China. Se realizó un ACV sobre la producción de manganeso electrolítico desde la etapa de minería hasta la etapa de electrólisis.
Este estudio tiene como objetivo (1) analizar la carga ambiental de la producción de EMM en la región del Triángulo de Manganeso de China utilizando el método ACV; (2) obtener resultados cuantitativos de la evaluación de impacto del ciclo de vida (LCIA) junto con información de incertidumbre e identificar las principales categorías de impacto en el medio ambiente; (3) identificar procesos y sustancias clave, realizar análisis de sensibilidad sobre procesos clave y examinar el grado de variación en los resultados de LCIA; (4) simular varios escenarios energéticos, comparar sus correspondientes impactos ambientales y proponer estrategias de optimización para la industria de producción de metales electrolíticos de manganeso en China. Después de realizar un ACV cuantitativo, analice desde múltiples perspectivas, incluida la contribución, la incertidumbre y la sensibilidad, para evaluar de manera integral el estado actual y los impactos ambientales de la tecnología de producción de EMM en China. Este análisis tiene como objetivo optimizar el consumo de recursos y energía y reducir la intensidad de las emisiones contaminantes. Proponer medidas técnicas para lograr una producción limpia y eficiente de EMM y construir un sistema energético verde y sostenible.
