基于Web of Science看全球碳捕集技術(shù)趨勢

■文/朱 葛

基于Web of Science 核心合集TM 中的碳捕集領(lǐng)域文獻(xiàn)分析可以看出，我國作為碳排放大國，需加大碳捕集領(lǐng)域的研究力度。

近些年，氣候變暖是全球高度關(guān)注的主題，其影響已經(jīng)威脅到生態(tài)、糧食及水資源等方面，即嚴(yán)重威脅到人類的生存環(huán)境。引起全球氣候變暖的關(guān)鍵因素是溫室氣體（主要是二氧化碳）的排放，因此，二氧化碳減排是控制溫室效應(yīng)、減緩全球變暖的重要研究方向。阻止全球變暖不僅要節(jié)能減排，還要開發(fā)多種碳捕集技術(shù)。

我國作為碳排放大國，需要加大碳捕集領(lǐng)域的研究力度。目前，針對碳捕集領(lǐng)域的文獻(xiàn)與日俱增，為此，我們就近年來該領(lǐng)域的全球產(chǎn)出學(xué)術(shù)影響力、各國在碳捕集領(lǐng)域的研究實(shí)力進(jìn)行了分析，并對研究熱點(diǎn)主題的變化和高影響力論文分布進(jìn)行了總結(jié)。

全球論文產(chǎn)出趨勢

從碳捕集研究相關(guān)文章的發(fā)表數(shù)量來看，自1983年發(fā)表第一篇碳捕集研究論文至2021年7月17日，領(lǐng)域論文發(fā)表量在近40年間總體呈增長趨勢，尤其在2004年后增速明顯。截至目前，全球共發(fā)表碳捕集技術(shù)相關(guān)的科技論文30 404篇，最早可以追溯到1983年。從2009年開始，大量的研究機(jī)構(gòu)開始聚焦碳捕集領(lǐng)域，在2017年達(dá)到論文發(fā)表高峰，共發(fā)表論文3 357 篇。

文獻(xiàn)被引用次數(shù)可作為評價(jià)論文質(zhì)量的一個(gè)重要的考量，被引數(shù)值越高即代表影響力越高。從碳捕集研究相關(guān)文章的被引次數(shù)來看，30 404 篇文章共被引用832 091 次，平均單篇被引用27 次，有28 300 篇文章被引用次數(shù)在10 000 次以上。被引用次數(shù)的年際變化大致分為3 個(gè)階段。第一階段是1983—2001年，這一階段沒有出現(xiàn)引用次數(shù)較多的現(xiàn)象，但其中幾個(gè)年度的文獻(xiàn)平均引用次數(shù)還是比較高的。第二階段在2002—2014年，這一階段是文獻(xiàn)被引次數(shù)的高峰期，而且引用次數(shù)與發(fā)文量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。在2002年、2004—2012年平均每篇文獻(xiàn)被引用40 次以上。第三階段自2015年至今，由于發(fā)文時(shí)間比較短，所以被引用的次數(shù)也相對較低。總體來看，2002—2014年碳捕集相關(guān)文獻(xiàn)的學(xué)術(shù)水平和關(guān)注度較高。

全球產(chǎn)出學(xué)術(shù)影響力

InCites 分析結(jié)果可作為學(xué)科規(guī)范化的引文影響力指標(biāo)，即CNCI。CNCI 是在各個(gè)組織層面（作者、機(jī)構(gòu)、地區(qū)等）進(jìn)行對標(biāo)分析的理想指標(biāo)：若CNCI>1，說明其引文影響力已經(jīng)超過全球平均水平；若CNCI<1，說明其引文影響力不及全球平均水平。由于CNCI 是一個(gè)排除出版年、學(xué)科領(lǐng)域與文獻(xiàn)類型作用的無偏影響力指標(biāo)，使用它可以進(jìn)行不同規(guī)模、不同學(xué)科混合的論文集的比較。以過去近40年的數(shù)據(jù)（1983—2021年）作為分析對象，1994年以前由于年度論文產(chǎn)出較少，CNCI 值可能會被一篇或幾篇高被引論文顯著影響，因此出現(xiàn)波動較大，特別是1992年的CNCI 值達(dá)1.29。2002年的引文影響力高達(dá)7.79，出現(xiàn)了影響力極高的文章。結(jié)果說明，1994年以后產(chǎn)出的論文水平高于全球平均水平。

針對碳捕集領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量的國家數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)文數(shù)最多的為中國（7 546 篇），第二為美國（5 843 篇），第三為英國（2 333 篇）。從觀察論文被引頻次來看，美國的碳捕集文獻(xiàn)被引頻次最高（237 771），表明美國在此領(lǐng)域的論文質(zhì)量最佳。此外，挪威在碳捕集領(lǐng)域論文的平均被引次數(shù)為全球平均水平的2.32 倍，被引次數(shù)排名前10%的論文百分比排名第一（26.09%），說明在碳捕集領(lǐng)域，挪威論文數(shù)量雖然不多，但其論文品質(zhì)優(yōu)良。

從碳捕集領(lǐng)域論文發(fā)表量前10個(gè)國家每年的發(fā)文情況來看，1983—2020年，中國關(guān)于碳捕集的發(fā)文量逐年增加，持續(xù)受到學(xué)者的關(guān)注與重視，其他國家在2017年前后在碳捕集領(lǐng)域發(fā)文量均有所下降。

在全球范圍內(nèi)，我們對碳捕集文獻(xiàn)發(fā)表量前10 位的科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，世界上關(guān)于碳捕集領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)主要集中在美國、中國和挪威，其次是西班牙、法國、澳大利亞和英國。從發(fā)表文章的數(shù)量來看，中國科學(xué)院僅次于美國能源部，位居第二位。美國機(jī)構(gòu)的影響力表現(xiàn)普遍較好，CNCI 值均超過2，法國機(jī)構(gòu)的國際合作產(chǎn)出占比最高。在全球論文發(fā)表量排名前10 位的機(jī)構(gòu)的橫向合作論文占比中，挪威科技大學(xué)與挪威科技工業(yè)研究所表現(xiàn)最為突出。

全球碳捕集領(lǐng)域論文產(chǎn)出前10 位的企業(yè)均來自能源行業(yè)，其中有3 家來自美國，有2 家來自中國，其次是韓國、荷蘭、挪威、法國和英國。韓國電力公司發(fā)表的相關(guān)論文最多，挪威國家石油公司發(fā)表論文的學(xué)術(shù)影響力最高。在排名前10 位的企業(yè)中有4 家企業(yè)的國際合作論文百分比超過40%。

近3年，從全球在碳捕集領(lǐng)域核心機(jī)構(gòu)、首次發(fā)表成果機(jī)構(gòu)與不再發(fā)表成果機(jī)構(gòu)的情況來看，核心機(jī)構(gòu)前10 名中中國占8 家，發(fā)文量最多（247 篇）的機(jī)構(gòu)為中國科學(xué)院。近3年中國首次發(fā)表成果的機(jī)構(gòu)中，中南大學(xué)發(fā)文最多（50 篇）。

收錄碳捕集領(lǐng)域研究較多的期刊大部分為能源類期刊，其次是材料類期刊。這可能是因?yàn)樘疾都芯砍Ｒ阅茉礊檠芯枯d體，自然也引申出了由于能源限制而導(dǎo)致的未來發(fā)展權(quán)益如何分配等經(jīng)濟(jì)發(fā)展類問題，因此受到此類期刊關(guān)注。

碳捕集全球研究前沿

科睿唯安的基礎(chǔ)科學(xué)指標(biāo)（ESI）數(shù)據(jù)庫提供了“研究前沿”數(shù)據(jù)，被稱作“研究前沿”的專業(yè)領(lǐng)域的辦法，它源于科學(xué)研究之間存在的某種特定共性，這種共性可能來自試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可能來自研究方法、概念或假設(shè)。持續(xù)跟蹤全球最重要的學(xué)術(shù)論文，研究論文被引用的模式及其聚類，特別是成簇高被引論文頻繁地被引用的情況，即可視為其研究前沿。

●三維石墨烯吸附劑

H2析出反應(yīng)（HER）可通過光催化和電催化水分解進(jìn)行，被認(rèn)為是最有效和最環(huán)保的方法。石墨烯因其性能和獨(dú)特的3D 框架結(jié)構(gòu)（分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、孔徑分布、比表面積、光吸收能力和導(dǎo)電性）可參與HER，在反應(yīng)中3D 石墨烯的比表面積大和多孔結(jié)可助力電子轉(zhuǎn)移和氣體產(chǎn)物擴(kuò)散，可用于高效捕獲二氧化碳，且3D 石墨烯比粉末相載體易于回收，所以成為碳捕集領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

●交聯(lián)型聚合離子液體吸附劑

通過超交聯(lián)技術(shù)制備的新型的苯并咪唑基超交聯(lián)聚離子液體，因其聚合物具有較高的比表面積、豐富的微/中孔和離子活性位點(diǎn)，可在溫和條件下高效捕集二氧化碳，研究前景廣闊。

●二氧化碳雙相吸收技術(shù)

碳捕集可利用雙相溶劑，雖然能在很大程度上減少再生能源，但由于穩(wěn)定性低和成本高束縛了雙相溶劑的商業(yè)用途。為了打破雙相溶劑的技術(shù)壁壘，研究人員合成了新型雙相溶劑，通過單乙醇胺/1-丙醇水性雙相吸收劑進(jìn)行碳捕集，發(fā)現(xiàn)其雙相吸收溶劑吸收速度快、再生能量低，可進(jìn)行有效的碳捕集。

●固體氧化物基微結(jié)構(gòu)吸附劑

近幾十年，研發(fā)人員開發(fā)出第二代二氧化碳捕集工藝，即鈣循環(huán)。鈣循環(huán)利用電石渣和硝酸鋁為原料，紙纖維為生物模板，合成以新型微管狀結(jié)構(gòu)存在的吸附劑。研究表明，紙纖維的參與有利于提高二氧化碳的捕獲反應(yīng)性，可以有效解決二氧化碳的排放問題。