基于Web of Science看全球碳捕集技術趨勢

■文/朱 葛

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

近些年，氣候變暖是全球高度關注的主題，其影響已經威脅到生態、糧食及水資源等方面，即嚴重威脅到人類的生存環境。引起全球氣候變暖的關鍵因素是溫室氣體（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、減緩全球變暖的重要研究方向。阻止全球變暖不僅要節能減排，還要開發多種碳捕集技術。

我國作為碳排放大國，需要加大碳捕集領域的研究力度。目前，針對碳捕集領域的文獻與日俱增，為此，我們就近年來該領域的全球產出學術影響力、各國在碳捕集領域的研究實力進行了分析，并對研究熱點主題的變化和高影響力論文分布進行了總結。

全球論文產出趨勢

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

文獻被引用次數可作為評價論文質量的一個重要的考量，被引數值越高即代表影響力越高。從碳捕集研究相關文章的被引次數來看，30 404 篇文章共被引用832 091 次，平均單篇被引用27 次，有28 300 篇文章被引用次數在10 000 次以上。被引用次數的年際變化大致分為3 個階段。第一階段是1983—2001年，這一階段沒有出現引用次數較多的現象，但其中幾個年度的文獻平均引用次數還是比較高的。第二階段在2002—2014年，這一階段是文獻被引次數的高峰期，而且引用次數與發文量呈現正相關關系。在2002年、2004—2012年平均每篇文獻被引用40 次以上。第三階段自2015年至今，由于發文時間比較短，所以被引用的次數也相對較低。總體來看，2002—2014年碳捕集相關文獻的學術水平和關注度較高。

全球產出學術影響力

InCites 分析結果可作為學科規范化的引文影響力指標，即CNCI。CNCI 是在各個組織層面（作者、機構、地區等）進行對標分析的理想指標：若CNCI>1，說明其引文影響力已經超過全球平均水平；若CNCI<1，說明其引文影響力不及全球平均水平。由于CNCI 是一個排除出版年、學科領域與文獻類型作用的無偏影響力指標，使用它可以進行不同規模、不同學科混合的論文集的比較。以過去近40年的數據（1983—2021年）作為分析對象，1994年以前由于年度論文產出較少，CNCI 值可能會被一篇或幾篇高被引論文顯著影響，因此出現波動較大，特別是1992年的CNCI 值達1.29。2002年的引文影響力高達7.79，出現了影響力極高的文章。結果說明，1994年以后產出的論文水平高于全球平均水平。

針對碳捕集領域發文數量的國家數據進行分析，結果發現發文數最多的為中國（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，美國的碳捕集文獻被引頻次最高（237 771），表明美國在此領域的論文質量最佳。此外，挪威在碳捕集領域論文的平均被引次數為全球平均水平的2.32 倍，被引次數排名前10%的論文百分比排名第一（26.09%），說明在碳捕集領域，挪威論文數量雖然不多，但其論文品質優良。

從碳捕集領域論文發表量前10個國家每年的發文情況來看，1983—2020年，中國關于碳捕集的發文量逐年增加，持續受到學者的關注與重視，其他國家在2017年前后在碳捕集領域發文量均有所下降。

在全球范圍內，我們對碳捕集文獻發表量前10 位的科研機構進行了統計，世界上關于碳捕集領域的研究機構主要集中在美國、中國和挪威，其次是西班牙、法國、澳大利亞和英國。從發表文章的數量來看，中國科學院僅次于美國能源部，位居第二位。美國機構的影響力表現普遍較好，CNCI 值均超過2，法國機構的國際合作產出占比最高。在全球論文發表量排名前10 位的機構的橫向合作論文占比中，挪威科技大學與挪威科技工業研究所表現最為突出。

全球碳捕集領域論文產出前10 位的企業均來自能源行業，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。韓國電力公司發表的相關論文最多，挪威國家石油公司發表論文的學術影響力最高。在排名前10 位的企業中有4 家企業的國際合作論文百分比超過40%。

近3年，從全球在碳捕集領域核心機構、首次發表成果機構與不再發表成果機構的情況來看，核心機構前10 名中中國占8 家，發文量最多（247 篇）的機構為中國科學院。近3年中國首次發表成果的機構中，中南大學發文最多（50 篇）。

收錄碳捕集領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。這可能是因為碳捕集研究常以能源為研究載體，自然也引申出了由于能源限制而導致的未來發展權益如何分配等經濟發展類問題，因此受到此類期刊關注。

碳捕集全球研究前沿

科睿唯安的基礎科學指標（ESI）數據庫提供了“研究前沿”數據，被稱作“研究前沿”的專業領域的辦法，它源于科學研究之間存在的某種特定共性，這種共性可能來自試驗數據，也可能來自研究方法、概念或假設。持續跟蹤全球最重要的學術論文，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（HER）可通過光催化和電催化水分解進行，被認為是最有效和最環保的方法。石墨烯因其性能和獨特的3D 框架結構（分層網絡結構、孔徑分布、比表面積、光吸收能力和導電性）可參與HER，在反應中3D 石墨烯的比表面積大和多孔結可助力電子轉移和氣體產物擴散，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，所以成為碳捕集領域的研究熱點。

●交聯型聚合離子液體吸附劑

通過超交聯技術制備的新型的苯并咪唑基超交聯聚離子液體，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，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

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，但由于穩定性低和成本高束縛了雙相溶劑的商業用途。為了打破雙相溶劑的技術壁壘，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行碳捕集，發現其雙相吸收溶劑吸收速度快、再生能量低，可進行有效的碳捕集。

●固體氧化物基微結構吸附劑

近幾十年，研發人員開發出第二代二氧化碳捕集工藝，即鈣循環。鈣循環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構存在的吸附劑。研究表明，紙纖維的參與有利于提高二氧化碳的捕獲反應性，可以有效解決二氧化碳的排放問題。