다용도 금속인 망간은 야금(Sun et al., 2022), 배터리 제조(Song et al., 2023), 생물의학 분야(Sisakhtnezhad et al., 2023) 등 다양한 산업 전반에 걸쳐 응용됩니다. 현재 전기 자동차에 대한 전 세계적 수요 증가로 인해 전력 배터리 수요가 증가하고 이에 따라 금속 망간 수요도 증가하고 있습니다(Maisel et al., 2023). 중국의 망간 광석 소비에 관한 2022년 데이터는 리튬{11}}이온 배터리에서 망간 활용도가 1%를 넘어 눈에 띄게 증가했음을 시사합니다(IMNI, 2023). 중국은 남아프리카, 가봉(USGS, 2023), 호주에 이어 세계 4위의 망간 광석 생산국일 뿐만 아니라 전해망간금속(EMM)의 최대 생산국이기도 합니다(DJ He et al., 2021; Li et al., 2023). 현재 상황은 대규모-EMM 생산 기업이 중국과 남아프리카에만 존재한다는 것입니다. 2008년 이후 중국은 지속적으로 전 세계 EMM 생산량의 98% 이상을 차지하며 전 세계 최고의 생산자로 자리매김했습니다(Han and Wu, 2019).
망간 금속의 전기분해 생산은 자원 및 에너지 소비 증가, 상당한 오염 발생, 높은 비용 및 상대적으로 낮은 이익을 특징으로 하는 가공 산업을 나타냅니다(Ning et al., 2010). 중국 EMM 생산 기업의 대다수는 후난(Hunan), 구이저우(Guizhou), 충칭(Chongqing)으로 구분되는 유명한 망간 삼각지대에 집중되어 있습니다. 그러나 이 지역 기업들은 환경에 대한 인식이 부족하여 이들 기업으로 인해 심각한 환경 피해와 오염이 발생하고 있다(SC He et al., 2021). 전해 망간 잔류물을 포함한 EMM의 산업 생산으로 인해 발생하는 오염, Mn 방출2+, 암모니아성 질소는 생태계와 인간 건강에 심각한 위협을 가합니다(Chen et al., 2022). 따라서 보다 깨끗한 생산을 권장하기 위해서는 망간 삼각지대 지역에서 EMM 생산이 환경에 미치는 영향을 종합적으로 평가할 필요가 있습니다.
전과정 평가(LCA)는 제품, 프로세스 또는 활동이 환경에 미치는 영향을 체계적으로 정량화하는 환경 분석을 위한 강력한 도구입니다(ISO 14040, 2006). 농업(van der Werf et al., 2020), 건설(Rodrigues et al., 2023), 광업(Tao et al., 2022)을 포함한 다양한 부문에 널리 적용되는 LCA는 환경 영향에 대한 포괄적인 이해를 제공합니다. 망간 금속 산업의 경우 Westfall et al. (2016)은 전 세계 16개 망간 합금 생산업체로부터 1차 데이터를 수집하고 LCA를 실시했습니다. 연구 결과에 따르면 평균 망간 합금 1kg에 대한 총 GWP, AP 및 POCP는 6kg CO였습니다.2eq, 45g SO2eq 및 3g C2H4각각 eq. Ninget al. (2010)은 중국 EMM 산업에 대한 종합적인 물질 수지 및 오염 물질 분석을 수행하여 주요 오염 물질의 출처와 목적지를 밝혔습니다. 그러나 그들의 연구는 기후 변화의 측면을 다루지 않았습니다. Penget al. (2011)은 LCA를 활용하여 지구 온난화 가능성과 산성화 가능성에만 초점을 맞춰 중국과 남아프리카에서 EMM 생산이 환경에 미치는 영향을 비교했습니다. Davourieet al. (2017)은 망간 합금 생산 시 입자상 물질 배출을 평가하기 위해 LCA를 실시했습니다. 결과에 따르면 생산과 관련된-미립자 물질 배출의 66%가 망간 시설 외부에서 발생하며, 직접 또는 현장 배출이 전체 PM 배출의 34%를 차지하는 것으로 나타났습니다. 그러나 미세먼지만 연구했을 뿐 다른 오염물질은 조사하지 않았다. Farjanaet al. (2019)는 Ecoinvent 데이터베이스를 기반으로 망간광석 생산에 대한 LCA 분석을 수행했지만, 망간 정광의 후속 전기분해 부분은 다루지 않았습니다. Zhang et al. (2020)은 중국 내 EMM 생산에 대한 상세한 LCA 분석을 수행했지만, 선택된 채굴 및 전기분해 데이터는 동일한 기업에서 제공되지 않아 공간적 불일치가 발생했습니다. 더욱이, EMM에 관한 기존 연구의 대부분은 주로 오염물질 분석에 중점을 두었습니다. 예를 들어, Zhang et al. (2023)은 중국 북부 EMM 산업 지역과 주변 환경에서 Mn, Zn, Pb 등의 중금속 오염 상황을 조사했습니다. Sunet al. (2020)은 전해망간의 청정 생산을 위해 전해망간 잔류물을 배소하고 망간광석을 탈황하여 황 자원 회수를 활용했다. Xu et al. (2014)은 EMM 기업의 물수지 연구를 통해 EMM 생산을 위한 종합적인 폐수처리 방법을 제안하였다. 결론적으로, 중국에는 현재 EMM 생산이 환경에 미치는 영향에 대한 고품질의 포괄적인 LCA 연구가 부족합니다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 중국에서 망간 매장량이 가장 풍부한 지역인 망간삼각지대에서 가장 대표적인 전해망간 생산업체를 선정했다. 채굴 단계부터 전기분해 단계까지 전해망간 생산에 대해 LCA를 실시했습니다.
본 연구의 목적은 (1) LCA 방법을 이용하여 중국 망간삼각지대 지역의 EMM 생산에 따른 환경부하를 분석하고; (2) 불확실성 정보와 함께 전과정영향평가(LCIA)의 정량적 결과를 얻고 환경에 대한 주요 영향 범주를 식별합니다. (3) 핵심 공정 및 물질을 식별하고, 핵심 공정에 대한 민감도 분석을 수행하며, LCIA 결과의 변동 정도를 조사합니다. (4) 다양한 에너지 시나리오를 시뮬레이션하고 해당 환경 영향을 비교하며 중국의 전해 망간 금속 생산 산업을 위한 최적화 전략을 제안합니다. 정량적 LCA를 수행한 후 기여도, 불확실성, 민감도 등 다각적인 관점에서 분석하여 중국 EMM 생산 기술의 현황과 환경 영향을 종합적으로 평가합니다. 이 분석의 목표는 자원 및 에너지 소비를 최적화하고 오염물질 배출 강도를 줄이는 것입니다. 깨끗하고 효율적인 EMM 생산을 달성하고 친환경적이고 지속 가능한 에너지 시스템을 구축하기 위한 기술적 조치를 제안합니다.
