ABSTRAK
Tantangan pembangunan berkelanjutan saat ini semakin kompleks. Sirkularitas, perubahan iklim, kekritisan, dan ketersediaan bahan baku pada skala nasional hingga global adalah beberapa yang paling dominan. Analisis Aliran Material (MFA) secara tradisional telah digunakan oleh sektor industri untuk mengidentifikasi peluang dan tantangan dampak yang terkait dengan daur ulang. Meskipun penggunaan MFA untuk mengoptimalkan aliran daur ulang bermanfaat, menggabungkan MFA dengan jejak karbon produk dan sumber daya/cadangan geologi merupakan langkah penting dan esensial dalam mengembangkan peta jalan dekarbonisasi untuk sektor industri atau memahami ketersediaan dan kekritisan logam di masa mendatang. Berdasarkan pendekatan yang ada untuk seng, makalah ini menggabungkan MFA dengan sumber daya lain untuk (1) mengembangkan peta jalan dekarbonisasi untuk industri seng global, (2) meninjau skenario perubahan yang mengganggu dalam rantai nilai, dan (3) menyelidiki saling ketergantungan dalam ekosistem logam.

1 Pendahuluan
Seng termasuk dalam logam dasar. Seng ditambang, diproduksi, digunakan, dan didaur ulang di banyak negara di seluruh dunia. Sekitar 60% dari produksi seng primer dan sekunder dunia digunakan untuk melindungi baja dari korosi (galvanisasi), sehingga memastikan ketahanan jangka panjang infrastruktur seperti jembatan, bangunan, menara transmisi, pembangkit listrik tenaga angin dan matahari. Paduan seng digunakan untuk produksi lembaran seng (5% dari penggunaan seng global), untuk sektor bangunan, dan untuk komponen die cast seng (13%) yang digunakan dalam banyak produk penggunaan akhir seperti mobil, peralatan rumah tangga, peralatan medis, dan mainan. Kuningan (13%) adalah paduan tembaga yang mengandung hingga 37% seng untuk sifat teknis dan warna. Senyawa seng (8%) digunakan dalam karet tetapi juga dalam pupuk, obat-obatan, dan bahan tambahan makanan karena seng merupakan elemen penting bagi manusia [ 1 ], hewan [ 2 ], dan tanaman [ 3 ].

Daur ulang seng dari berbagai kegunaannya yang serbaguna di berbagai sektor penggunaan akhir memerlukan pengumpulan, penyortiran, dan teknik daur ulang yang canggih. Misalnya, baja galvanis didaur ulang dalam industri baja, kuningan didaur ulang dalam industri tembaga, dan lembaran seng serta cetakan seng dilebur kembali untuk digunakan kembali secara langsung. Tidak ada satu jalur daur ulang yang sesuai untuk semua penggunaan seng; teknologi daur ulang yang mapan ada untuk penggunaan utama, tetapi ketidakpastian tetap ada. Mengikuti seng melalui rantai nilainya dan kembali digunakan adalah latihan pemodelan yang sangat rumit yang memerlukan banyak sumber data dan pengetahuan ahli (Gambar 1 ), seperti [ 4 , 5 ].

GAMBAR 1
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
Model aliran material regional untuk seng. C&D: limbah konstruksi dan pembongkaran; ELV: kendaraan yang sudah tidak dipakai lagi; IEW: limbah listrik industri; INEW: limbah non-listrik industri; MSW: limbah padat kota; WEEE: limbah peralatan listrik dan elektronik.
Tantangan saat ini yang diungkapkan dalam Tujuan Pembangunan Berkelanjutan Perserikatan Bangsa-Bangsa [ 6 ] berlaku untuk semua industri, organisasi, negara, dan individu. Tujuan yang terkait dengan nomor 12 “Konsumsi dan Produksi yang Bertanggung Jawab” dan 13 “Aksi Iklim” menjadi fokus makalah ini. Mengatasi Perubahan Iklim dengan mengembangkan strategi dekarbonisasi dan mitigasi dampak buruk merupakan prioritas utama di semua tingkatan. Namun, perspektif dan peluang dampak berbeda untuk berbagai pemangku kepentingan dan pelaku di sepanjang rantai nilai. Asosiasi Seng Internasional (IZA) mewakili industri seng global di tingkat sektor, dengan perusahaan anggota yang bertindak di semua tahap rantai nilai seng. Kepentingan dari para pemangku kepentingan yang mewakili publik, regulator, media, dan sektor industri lainnya menjadi semakin terkait dengan ketersediaan sumber daya, tingkat daur ulang, jejak lingkungan, dan dekarbonisasi. Permintaan pasar ini juga memerlukan integrasi informasi dari Analisis Aliran Material (MFA) dengan Penilaian Siklus Hidup (LCA) untuk mengembangkan peta jalan dan strategi.

Makalah ini menguraikan bagaimana MFA digunakan untuk mengidentifikasi peluang dan tantangan dampak dalam konteks sirkularitas seng yang meningkat. Skenario disajikan yang menggambarkan bagaimana MFA dapat dikombinasikan dengan LCA untuk membangun peta jalan dekarbonisasi industri dan mengevaluasi dampak dari perubahan disruptif dalam rantai nilai yang menggabungkan aliran logam dan ketersediaan bahan baku di masa mendatang.

2 Tinjauan Metode MFA Seng
Jumlah makalah terkait MFA dinamis yang diterbitkan dalam literatur ilmiah telah meningkat dari kurang dari 15 pada tahun 2018 menjadi lebih dari 60 pada tahun 2022 [ 7 ]. Makalah pertama tentang pemodelan MFA stok dan aliran seng antropogenik berasal dari tahun 2005 [ 8 , 9 ]. Sejak saat itu, model telah disempurnakan, diperluas, dan diperbarui menjadi MFA statis dari siklus seng di seluruh negara yang dimodelkan secara independen [ 10 ]. Kontribusi terbaru menghasilkan evolusi dinamis dengan menggabungkan aliran material dan akumulasi stok dari waktu ke waktu [ 11 ]. Rostek dkk. [ 12 ] selanjutnya mengembangkan enam model regional untuk Eropa, Amerika Utara dan Latin, Tiongkok, seluruh Asia (RoA), dan seluruh dunia (RoW), yang dihubungkan berdasarkan analisis jaringan perdagangan yang komprehensif.

Perkiraan global untuk pertambangan, peleburan, manufaktur, dan daur ulang untuk tahun 2019 [ 11 ] digabungkan dengan perkiraan global untuk intensitas emisi karbon untuk sumber-sumber ini [ 13 ] untuk membangun jejak karbon dasar dan peta jalan dekarbonisasi untuk sektor seng. Demikian pula, model MFA global digunakan untuk skenario yang terkait dengan perubahan disruptif dalam rantai nilai, aliran logam gabungan untuk baja galvanis atau paduan, dan ketersediaan bahan baku di masa mendatang. Model regional untuk Eropa [ 12 ] dapat digunakan sebagai referensi mengenai peluang untuk meningkatkan sirkularitas aliran limbah dan produk (Gambar 2 ). Hasil untuk semua variabel yang dipertimbangkan dalam model MFA dinamis saat ini tersedia di tingkat regional setiap tahun dari tahun 1995 hingga 2021. Untuk grafik dan diagram Sankey, kompleksitas hasil telah disuling untuk menunjukkan hasil kumulatif 10 tahun untuk semua wilayah [ 12 ].

GAMBAR 2
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
MFA dinamis kumulatif untuk sirkularitas seng di Eropa antara tahun 2011 dan 2020 [ 12 , 14 ].

3 Hasil dan Pembahasan
3.1 Jejak Karbon Dasar dan Dekarbonisasi Industri
Negara, perusahaan individu, dan sektor industri mengeksplorasi strategi dekarbonisasi dalam apa yang disebut peta jalan dekarbonisasi. Lebih dari satu dekade penelitian tentang MFA dan LCA untuk seng memungkinkan pengembangan peta jalan dekarbonisasi untuk sektor seng. Ini termasuk karakterisasi jejak karbon dasar, sumber utama emisi karbon langsung/tidak langsung, dan ambisi untuk mencapai nol bersih [ 5 , 11 , 13 ]. Akibatnya, jejak karbon dasar industri seng global (2019), diperkirakan sebesar 59 juta ton (Mt) setara CO 2 (CO 2 e) [ 15 ], atau 0,12% dari emisi gas rumah kaca (GRK) global yang dilaporkan oleh World Resource Institute (2024). Total emisi GRK dihitung relatif terhadap penerapan faktor emisi pertambangan, peleburan, dan daur ulang global untuk jumlah produksi—1030 kg CO 2 e/t Zn konsentrat, 2600 kg CO 2 e/t Zn olahan (seng bermutu tinggi khusus), 4030 kg CO 2 e/t Zn dalam seng oksida mentah, dan 78 kg CO 2 e/t Zn dari peleburan ulang, masing-masing [ 13 , 16 ]. Mengembangkan strategi dekarbonisasi yang dapat ditindaklanjuti memerlukan pendekatan yang lebih terperinci dan berpotensi spesifik lokasi. Gambar 3 mengilustrasikan rentang luas jejak karbon produk yang dinyatakan sebagai potensi pemanasan global untuk seng bermutu tinggi khusus (> 99,95%) yang diperoleh dari Penilaian Siklus Hidup (LCA) IZA terbaru untuk peleburan seng pada tahun 2021 ([ 17 ]; 24 operasi yang berpartisipasi mewakili > 30% dari produksi seng primer global). Rata-rata tertimbang (hijau) semakin menjadi nilai referensi untuk merek seng yang dipromosikan sebagai “di bawah rata-rata IZA.”

GAMBAR 3
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
Potensi pemanasan global (GWP) per ton seng bermutu tinggi khusus termasuk penambangan, produksi oksida mentah, dan pemurnian untuk peleburan yang berpartisipasi dalam pembaruan IZA LCA berdasarkan data industri tahun 2021 [ 17 ].
Jalur menuju dekarbonisasi untuk industri seng digambarkan dalam Gambar 4. Saat ini, 73% emisi GRK dari pertambangan dan 90% emisi GRK dari peleburan dikaitkan dengan konsumsi listrik (Cakupan 2). Diperkirakan dari pertumbuhan produk domestik bruto 1,2% bahwa total emisi GRK tahunan dari produksi, penggunaan, dan daur ulang seng akan meningkat menjadi sekitar 95 Mt. pada tahun 2050 (17,1 Mt. terkait dengan emisi Cakupan 1). Berdasarkan tren dekarbonisasi utilitas listrik saat ini yang dilaporkan oleh Badan Energi Internasional [ 18 ], dampak energi yang dibeli akan berkurang sebesar 13,4 Mt. CO 2 e pada tahun 2030. Target dekarbonisasi di tingkat negara mencakup komitmen Tiongkok untuk menjadi netral karbon pada tahun 2060 atau komitmen India untuk menjadi netral karbon pada tahun 2070 [ 18 ]. Dengan asumsi bahwa ambisi negara terpenuhi antara tahun 2030 dan 2050, dampak pembelian energi akan berkurang sebesar 58,1 Mt. CO2 e . Akibatnya, industri seng akan bertanggung jawab untuk mengurangi jejak Cakupan 1 sebesar 15,4 Mt., sehingga mencapai 90% total pengurangan Cakupan 1 dan 2 pada tahun 2050.

GAMBAR 4
Buka di penampil gambar
Presentasi PowerPoint
Peta jalan dekarbonisasi untuk industri seng global untuk emisi Lingkup 1 (S1) dan Lingkup 2 (S2) [ 15 ].
Kontribusi signifikan terhadap emisi Cakupan 1 untuk seng (hingga 10%) dikaitkan dengan daur ulang seng dari debu EAF menggunakan teknologi terkini untuk memperkaya debu EAF menjadi bahan baku untuk produksi seng primer. Pengembangan yang bertujuan untuk mengurangi emisi GRK dari pengayaan seng dalam debu EAF mencakup penggunaan reduktan alternatif seperti arang batu bara atau hidrogen dan teknologi penangkapan karbon. Penggunaan model MFA dinamis regional dan hasil LCA akan memfasilitasi peta jalan dekarbonisasi dengan peningkatan ketelitian untuk memperhitungkan perbedaan regional dan opsi dekarbonisasi individual di tingkat perusahaan. Karena pentingnya sumber energi yang dibeli, strategi dekarbonisasi pemerintah untuk utilitas akan berdampak signifikan pada keberhasilan inisiatif industri.

3.2 Memperluas Model MFA Global
Tiga skenario dijelaskan di bawah ini yang menggunakan MFA dinamis global untuk seng [ 14 ] untuk mempertimbangkan perubahan disruptif dalam rantai nilai, aliran logam gabungan untuk paduan, dan ketersediaan bahan baku di masa mendatang. Pertama, mirip dengan bencana alam dan masalah geopolitik, gangguan rantai pasokan juga dapat terjadi karena pergeseran teknologi. Misalnya, dalam peta jalan dekarbonisasi untuk produksi baja, teknologi baru dipromosikan yang melibatkan pengumpanan bahan primer ke tungku busur listrik (EAF; [ 19 , 20 ]). Akibatnya, peningkatan penggunaan EAF dalam produksi baja primer berpotensi mengencerkan seng dalam debu EAF di bawah 15%, yang tidak lagi membuat daur ulang seng layak secara ekonomi. Solusinya harus menggabungkan pemahaman tentang termodinamika produksi baja dengan model MFA dinamis untuk seng dan baja. Pemodelan MFA dinamis yang sedang berlangsung untuk seng dan baja akan mengarah pada rekomendasi untuk memilah bahan umpan dan pengembangan proses inovatif untuk daur ulang seng.

Kedua, mirip dengan menggabungkan MFA seng dengan karbon (LCA) atau daur ulang baja, MFA logam lain dapat dipertimbangkan dalam penggunaan (paduan dengan aluminium atau tembaga) atau berasal dari penambangan seng karena mineralogi (besi, timbal, perak, kadmium, indium, germanium, dan jejak elemen lain; [ 21 ]). MFA dinamis dapat membantu menggambarkan efek dalam pergeseran permintaan (produksi seng diperlukan untuk memenuhi permintaan indium) atau akumulasi zat-zat yang merusak (kadmium, merkuri, dll.). Karena pasar untuk zat-zat yang merusak menurun, pengelolaan dan pembuangan yang bertanggung jawab akan dimasukkan ke dalam model bisnis untuk operasi penambangan dan peleburan. Lebih jauh lagi, seng bukanlah prioritas yang diketahui untuk daur ulang konsumen, yang mengarah pada tingkat pemulihan yang lebih rendah untuk seng dari stok antropogenik (perlengkapan dan elektronik). MFA gabungan untuk logam yang terjadi bersamaan dalam bahan baku dan produk dapat secara proaktif mengidentifikasi dan menyelesaikan masalah sumber dan limbah.

Akhirnya, beberapa tahun terakhir telah melihat pergeseran dari globalisasi ke perspektif yang lebih regional atau bahkan berfokus pada negara. Menjamin ketersediaan bahan baku sama pentingnya bagi perusahaan dan pemerintah untuk ditangani mengingat meningkatnya populasi dunia, peningkatan standar hidup, dan perkembangan geopolitik. Selain itu, ada keseimbangan yang diperlukan antara mewujudkan komitmen menuju nol bersih dan permintaan terkait untuk bahan baku yang memungkinkan transisi energi. Konsep untuk mengevaluasi kekritisan bahan baku bervariasi [ 22 – 24 ], yang mengarah ke hasil yang berbeda untuk bahan baku yang sama. Banyak negara telah mengidentifikasi seng sebagai mineral penting atau strategis untuk produksi dalam negeri dan kontribusi terhadap transisi rendah karbon. Menggabungkan estimasi untuk permintaan seng di masa depan (pertumbuhan PDB 1,2% hingga 2050; [ 25 ]) dan skenario daur ulang (bisnis seperti biasa atau peningkatan pemulihan sekunder) menyimpulkan bahwa seng tersedia dalam jangka panjang dari sumber yang ditambang dan didaur ulang di tingkat global [ 14 ]. Namun, meningkatnya fokus pemerintah pada kekritisan bahan baku regional dan nasional memerlukan pendekatan yang lebih terperinci yang akan membangun MFA dinamis regional untuk seng.

3.3 Memperluas Model MFA Regional
Dengan menggunakan Eropa sebagai kawasan yang mempraktikkan daur ulang seng tingkat lanjut, dua komponen pengelolaan limbah diidentifikasi yang dapat mengarah pada peningkatan daur ulang seng dari produk akhir masa pakai [ 26 , 27 ]. Pertama, daur ulang seng dari debu pabrik baja belum terealisasi. Berdasarkan rata-rata 10 tahun di Eropa (Gambar 2 ), hingga 4,5 juta ton seng yang terkandung dalam debu pabrik baja belum didaur ulang karena kehilangan pemisahan. Meskipun beberapa debu dari produksi baja primer dan campuran tidak dapat didaur ulang secara ekonomis, teknologi muncul untuk mendaur ulang seng dari semua jenis debu pabrik baja terlepas dari biaya (misalnya, pembatasan perdagangan Tiongkok). Dalam semua kasus, undang-undang pemerintah yang membatasi penimbunan bahan berbahaya sangat penting untuk pengelolaan limbah yang berhasil. Memahami sumber dan besaran aliran bahan baku tambahan ini sangat penting untuk perencanaan infrastruktur dan investasi. Kedua, pengumpulan dan pemilahan komponen seng cor kecil yang digunakan dalam komponen untuk otomotif, furnitur, elektronik, dll. tidak secara khusus ditargetkan melalui sistem daur ulang konsumen tradisional. Akibatnya, komponen seng cor mati berakhir di fraksi penghancur campuran (otomotif) atau di limbah kota. Peluang dampak melalui desain produk [ 28 ], skema pengembalian (IKEA), dan teknologi pemilahan dan daur ulang yang inovatif tersedia. Selain itu, pendekatan baru untuk menerapkan pemulihan limbah menjadi energi logam dari sampah kota sedang beroperasi dalam skala penuh [ 29 ].

Tantangan yang tersisa adalah sisa akhir masa pakai yang “tidak diperhitungkan” (Gambar 2 ). Di banyak wilayah, informasi tentang pengumpulan dan pemilahan seng tidak tersedia. Akibatnya, aliran yang tidak diperhitungkan menyebabkan perkiraan yang terlalu rendah terhadap tingkat daur ulang. Upaya harus dilakukan untuk menutup kesenjangan informasi yang terkait dengan pengumpulan dan pemilahan. Singkatnya, MFA dinamis merupakan alat yang berguna untuk menginformasikan industri, regulator, dan pemangku kepentingan lainnya saat mengidentifikasi peluang dampak untuk meningkatkan sirkularitas seng.

4 Kesimpulan dan Rekomendasi
Tantangan keberlanjutan saat ini rumit dan memerlukan masukan dari berbagai bidang ilmiah untuk mengidentifikasi solusi. Mengoptimalkan sirkularitas suatu material juga telah menjelaskan bahwa peningkatan jejak karbon produk dapat terjadi. Teknologi daur ulang dioptimalkan untuk mendaur ulang material paling berharga yang terkandung dalam produk, yang menyebabkan tingkat daur ulang yang lebih rendah untuk beberapa material. Analisis aliran material untuk logam secara tradisional telah digunakan untuk memvisualisasikan sumber/tempat penampungan material dalam rantai nilai dan mengkarakterisasi tingkat daur ulang. Namun, MFA dan MFA dinamis telah matang menjadi alat yang dapat dikombinasikan dengan model serupa untuk menyelidiki skenario peningkatan sirkularitas seng. Menggabungkan MFA global dan LCA untuk seng menghasilkan ambisi dekarbonisasi untuk industri seng sekitar 15 juta ton pada tahun 2050. Namun, resolusi lebih lanjut untuk wilayah dan sektor penggunaan pertama diperlukan. Model MFA global dan regional untuk seng digunakan untuk mengidentifikasi jumlah sumber bahan baku yang akan dihasilkan dari daur ulang tambahan debu baja dan peningkatan penyortiran/pengumpulan paduan dalam barang-barang konsumen. Lebih jauh lagi, MFA dapat membantu dengan skenario yang terkait dengan perubahan disruptif, asosiasi multi-logam dalam mineralogi atau produk, dan penilaian ketersediaan dan kekritisan jangka panjang untuk logam tunggal. Kegunaan MFA dan MFA dinamis, bila digunakan dalam kombinasi dengan model dari disiplin ilmu lain (LCA, cadangan/sumber daya geologi, dll.), dapat memberikan informasi kuantitatif kepada para pemangku kepentingan terkait emisi karbon dan pengoptimalan pengelolaan limbah.