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造紙行業(yè)碳排放研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)可視化分析

作者:何旭丹 李永智 賈學(xué)樺 張亮 王煥松 程言君來(lái)源:《中國(guó)造紙》日期:2022-12-01人氣:2932

20世紀(jì)80年代開(kāi)始,人們不斷通過(guò)煤炭、石油、天然氣等化石能源燃燒活動(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及土地利用變化與林業(yè)等人為活動(dòng)產(chǎn)生大量溫室氣體的排放,造成嚴(yán)重的大氣保溫效應(yīng)導(dǎo)致全球變暖(氣候變化),即“溫室效應(yīng)”,溫室氣體的排放簡(jiǎn)稱(chēng)“碳排放”。IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第五次評(píng)估報(bào)告主要結(jié)論指出,從1880—2012年的130多年以來(lái),顯示人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致20世紀(jì)50年代以來(lái)50%以上的全球氣候變暖,碳排放引起全球氣候變暖、氣溫升高、海平面上升等環(huán)境惡化現(xiàn)象,對(duì)全球可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)文明建設(shè)帶來(lái)嚴(yán)重威[1],目前世界各國(guó)都積極參與碳排放的管控和減排目標(biāo)。造紙行業(yè)作為全球的高耗能工業(yè),為首先列入碳排放交易市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)之一,2016年調(diào)查顯示造紙工業(yè)是世界第四大耗能工業(yè)[2],約占世界總能源消耗的6%,直接產(chǎn)生的CO2約占工業(yè)的2%[3],因此,造紙行業(yè)的碳減排活動(dòng)對(duì)人類(lèi)和自然的可持續(xù)發(fā)展及全球碳排放控制都有著至關(guān)重要的作用。

近年來(lái),伴隨著市場(chǎng)紙張需求的增長(zhǎng)將進(jìn)一步加劇對(duì)能源的消耗及碳排放的增加,從而導(dǎo)致更加嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題,低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代已成為21世紀(jì)發(fā)展的新經(jīng)濟(jì)模式,為應(yīng)對(duì)全球氣候變化和能源安全問(wèn)題,并在建立國(guó)際新秩序的過(guò)程中占據(jù)有利地[4],如何實(shí)現(xiàn)造紙行業(yè)的綠色低碳產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型及碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)正成為重要的研究主題,因此有必要對(duì)造紙行業(yè)的碳排放問(wèn)題展開(kāi)深入的研究。然而,目前缺乏在近幾十年時(shí)間內(nèi)全球造紙行業(yè)碳排放研究的系統(tǒng)數(shù)據(jù),因此對(duì)相關(guān)研究前沿、研究熱點(diǎn)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行全面梳理。

文獻(xiàn)計(jì)量分析(學(xué))方法是以文獻(xiàn)體系及計(jì)量特征為研究對(duì)象,采用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的分類(lèi)方法,繪制科學(xué)知識(shí)圖[5-7],多視角跟蹤研究科學(xué)知識(shí)發(fā)展進(jìn)程、分布結(jié)構(gòu)和變化規(guī)[8],從而分析、評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)科技技術(shù)的研究發(fā)展方向的特征及規(guī)律,因此,本課題采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)1995—2022年國(guó)內(nèi)外造紙行業(yè)碳排放的研究進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié),借助可視化分析軟件CiteSpace揭示了該研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì),與傳統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述相比,本課題用可視化的一種新瞬態(tài)模式分析方法從全球視角來(lái)對(duì)造紙行業(yè)碳排放在時(shí)間尺度上的發(fā)展進(jìn)行回[9-10],以便研究人員及時(shí)了解世界范圍內(nèi)對(duì)該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),為科學(xué)研究人員和政策制定者開(kāi)展科學(xué)合理的碳排放研究框架體系及系統(tǒng)等進(jìn)一步提供參考、理論依據(jù)及指導(dǎo)。

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 研究方法

為全面探析國(guó)內(nèi)外造紙行業(yè)碳排放的發(fā)展前景及研究熱點(diǎn),本課題使用CiteSpace軟件對(duì)造紙行業(yè)碳排放相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行科學(xué)計(jì)量學(xué)分析。CiteSpace軟件又稱(chēng)“引文空間”,原理是利用科學(xué)計(jì)量學(xué)方法和數(shù)據(jù)信息可視化分析文獻(xiàn)中的關(guān)鍵信息及熱點(diǎn),目前廣泛應(yīng)用在科學(xué)計(jì)量學(xué)、信息科學(xué)、醫(yī)學(xué)等60多個(gè)領(lǐng)域,是一種通過(guò)構(gòu)建文獻(xiàn)合作信息和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行視覺(jué)化展示和描述趨勢(shì)的一款可視化分析工[11]。利用CiteSpace繪制的各個(gè)科學(xué)知識(shí)圖譜,實(shí)現(xiàn)研究領(lǐng)域內(nèi)的可視化,探析該研究領(lǐng)域在不同時(shí)期造紙行業(yè)碳排放研究的特征及熱點(diǎn),多層面上推斷研究演變的途徑及未來(lái)趨勢(shì)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本課題以學(xué)術(shù)和文獻(xiàn)計(jì)量研究使用最廣泛覆蓋全球重要影響力的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)之一的Web of Science系統(tǒng)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索,包括SCI-EXPANDED和SCCI。系統(tǒng)語(yǔ)言選擇“English”,為提高檢索與主題相關(guān)的準(zhǔn)確性,檢索項(xiàng)設(shè)定為“paper pulp carbon emission”“paper making carbon emission”“pulp and paper carbon emission”或“pulp mills carbon emissions”,文獻(xiàn)類(lèi)型選擇“核心合集”的所有文獻(xiàn)類(lèi)型,檢索時(shí)間跨度設(shè)定為不限,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)符合性處理及CiteSpace軟件對(duì)信息缺失、重復(fù)文獻(xiàn)進(jìn)行精煉后共得到143篇文獻(xiàn),文獻(xiàn)分布在1995—2022年,設(shè)置TOP N閾值為50,不進(jìn)行其他裁剪計(jì)算。

2 結(jié)果分析

2.1 造紙行業(yè)碳排放研究特征概況

2.1.1 造紙行業(yè)碳排放研究發(fā)文分布

對(duì)1995—2022年間發(fā)文數(shù)量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),數(shù)據(jù)表明造紙行業(yè)碳排放的相關(guān)研究發(fā)文數(shù)量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。圖1為造紙行業(yè)碳排放研究發(fā)文記錄分布。根據(jù)如圖1所示,20世紀(jì)90年代初已經(jīng)有研究者開(kāi)始關(guān)注造紙行業(yè)的碳排放問(wèn)題,同時(shí)出現(xiàn)關(guān)于碳排放相應(yīng)的研究成果,隨著全球氣候變化,近10年來(lái),該領(lǐng)域研究逐漸受到全球廣泛關(guān)注。1998年,美國(guó)研究學(xué)者Ronald J Sutherland對(duì)美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家氣候變化的碳排放(包括造紙行業(yè)的影響)最先提出研究論點(diǎn),他表明在過(guò)去的20年里,造紙行業(yè)作為能源密集型行業(yè)和大型能源用戶(hù),經(jīng)歷了實(shí)質(zhì)性的技術(shù)進(jìn)步,提高了整體的生產(chǎn)率,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看,技術(shù)具有突破的潛力,并可減少碳的排放,其次提高能源效率和促進(jìn)環(huán)境清潔技術(shù)從而提高行業(yè)整體生產(chǎn)力,并尋求可替代能[12]。21世紀(jì)初至今,關(guān)于該領(lǐng)域的研究日益受到各界學(xué)者的重視,隨年份的變化全球相關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)量也逐漸增加。

圖1  造紙行業(yè)碳排放研究發(fā)文記錄分布

Fig. 1  Distribution of carbon emissions research papers in paper making industry

2.1.2 造紙行業(yè)碳排放研究主要發(fā)文期刊分析

期刊作為傳播知識(shí)的載體,在促進(jìn)學(xué)術(shù)交流與科學(xué)發(fā)展中起著重要作用,表1列出了刊載該領(lǐng)域文章數(shù)量前10名的期刊,包含管理科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境工程、工程技術(shù)、能源與燃料等類(lèi)別,均為綜合性強(qiáng)的學(xué)科。刊載的期刊大多為頂級(jí)期刊,有一半在JCR的Q1分區(qū),其中發(fā)文量最高的是《Energy Policy》,該期刊影響因子在6以上。其他排行前10名的期刊如《Resources Conservation and Recycling》和《Journal of Cleaner Production》等的影響因子也均較高并達(dá)到9以上,其中《Renewable & Sustainable Energy Reviews》較為突出,其影響因子已經(jīng)高達(dá)14.982。這些期刊是具有影響力和權(quán)威性的國(guó)際專(zhuān)業(yè)期刊,表明隨著全球氣候嚴(yán)峻變化,越來(lái)越多的國(guó)家及地區(qū)的研究學(xué)者參與到該領(lǐng)域的研究中來(lái),造紙行業(yè)碳排放研究受到了各界研究學(xué)者的關(guān)注。

表1  造紙行業(yè)碳排放研究發(fā)文量前10名的期刊
Table 1  Top 10 journals on carbon emissions research in paper making industry
排名期刊名稱(chēng)發(fā)文量/篇百分比/%影響因子(2021)/JCR分區(qū)
1Energy Policy107.06.142/Q1管理科學(xué)/能源與燃料
2Journal of Cleaner Production96.39.297/Q1環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)/環(huán)境工程
3Resources Conservation and Recycling64.210.204/Q1環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)/環(huán)境工程
4International Journal of Greenhouse Gas Control53.53.738/Q2環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)/能源與燃料
5Energy53.57.147/Q1工程技術(shù)/能源與燃料
6Applied Energy42.89.746/Q1工程技術(shù)/能源與燃料
7Bioresources42.81.614/Q2材料科學(xué):紙與木材
8Environmental Engineering and Management Journal32.10.916/Q4環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)/環(huán)境科學(xué)
9Renewable & Sustainable Energy Reviews32.114.982/Q1工程技術(shù)/能源與燃料
10Journal of Industrial Ecology32.16.946/Q2環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)/環(huán)境工程

2.2 造紙行業(yè)碳排放研究方向與合作分析

2.2.1 主要發(fā)文國(guó)家及地區(qū)分析

本課題通過(guò)運(yùn)用CiteSpace軟件對(duì)WOS中所篩取的文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量分析,探究造紙行業(yè)碳排放研究的發(fā)文國(guó)家合作特點(diǎn)。發(fā)文國(guó)家及地區(qū)分布網(wǎng)絡(luò)圖譜如圖2所示,共有20個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)表過(guò)相關(guān)文獻(xiàn),除中國(guó)外主要為歐美發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū),這與目前全球的經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展格局相一致。圖譜中節(jié)點(diǎn)的大小代表發(fā)文量的多少,節(jié)點(diǎn)越大表示發(fā)文量越多,節(jié)點(diǎn)間連線的粗細(xì)體現(xiàn)合作相關(guān)程度的高低。

圖2  造紙行業(yè)碳排放發(fā)文國(guó)家及地區(qū)分布網(wǎng)絡(luò)圖譜

Fig. 2  Distribution network map of the publishing countries and regions in paper making industry

圖2中可以看到,中國(guó)的節(jié)點(diǎn)最大,在造紙行業(yè)碳排放研究中發(fā)文量超過(guò)20篇。緊隨其后的是美國(guó)、瑞典和芬蘭,發(fā)文量也都超過(guò)10篇。中國(guó)作為主要工業(yè)CO2排放國(guó)之一,近年來(lái)對(duì)于碳排放總量控制的要求愈發(fā)嚴(yán)格,并提出了碳中和與碳達(dá)峰的雙碳目標(biāo)。隨著相關(guān)學(xué)者對(duì)造紙行業(yè)碳排放研究的日漸重視,該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)文量預(yù)計(jì)也將大量增加。同時(shí),主要的發(fā)文國(guó)家及地區(qū)形成了以中國(guó)、美國(guó)、瑞典、芬蘭為核心,包括加拿大、奧地利、挪威、意大利、瑞士、葡萄牙和以色列等國(guó)家及地區(qū)的緊密合作網(wǎng)絡(luò)。相比之下,非洲、南亞和南美洲等地區(qū)的科研力量較為薄弱,工業(yè)發(fā)展水平也相對(duì)有限,所以對(duì)該領(lǐng)域的關(guān)注度不高。因此,除中國(guó)外,目前全球造紙行業(yè)碳排放研究的主要科研力量來(lái)源于以美國(guó)、瑞典為首的西方發(fā)達(dá)國(guó)家。

2.2.2 主要發(fā)文機(jī)構(gòu)分析

針對(duì)全球造紙行業(yè)碳排放研究領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行梳理后,統(tǒng)計(jì)出截至目前全球發(fā)文量前10名的研究機(jī)構(gòu),如表2所示。其中,發(fā)文量最高的科研機(jī)構(gòu)是瑞典的查爾姆斯理工大學(xué)(Chalmers University of Technology),發(fā)文量在10篇以上。中國(guó)的科研機(jī)構(gòu)發(fā)文量總和位居第一,并以高等院校為主。其中,華南理工大學(xué)(South China University of Technology)的發(fā)文量在全球位列第二,其在造紙行業(yè)碳排放領(lǐng)域的研究從2017年開(kāi)始,研究成果相對(duì)較為前沿。中國(guó)、瑞典、美國(guó)和芬蘭等國(guó)家的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明,較大比例的科研力量都存于高等教育機(jī)構(gòu)中。造紙行業(yè)在碳中和與碳達(dá)峰的推進(jìn)過(guò)程中,離不開(kāi)政府的政策支持與產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命,為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研全鏈條的創(chuàng)新,希望將來(lái)能有更多其他類(lèi)型的機(jī)構(gòu)廣泛參與到造紙行業(yè)碳排放的研究中。

表2  造紙行業(yè)碳排放研究排名前10名的科研機(jī)構(gòu)
Table 2  Top 10 Institutions of carbon emission research in paper making industry
發(fā)文機(jī)構(gòu)發(fā)文篇數(shù)起始年份
查爾姆斯理工大學(xué)112006
華南理工大學(xué)82017
波士頓大學(xué)32000
清華大學(xué)32016
于默奧大學(xué)32011
加州大學(xué)伯克利分校32013
赫爾辛基大學(xué)32016
阿爾托大學(xué)22010
北京林業(yè)大學(xué)22021
中國(guó)科學(xué)院22004

圖3為造紙行業(yè)碳排放最高引用突現(xiàn)值前10名的機(jī)構(gòu)分析。從圖3可以看出,造紙行業(yè)碳排放研究的重心與關(guān)注度,從1995年起至今,逐漸由歐美地區(qū)的研究機(jī)構(gòu)向中國(guó)轉(zhuǎn)移,這也與近年我國(guó)對(duì)于全國(guó)各行業(yè)碳排放的控制強(qiáng)度和研究熱度的情況趨于一致。我國(guó)對(duì)碳排放的重視程度已經(jīng)走在世界前列,隨著碳排放的研究在我國(guó)各行業(yè)逐步細(xì)分,預(yù)計(jì)全球造紙行業(yè)的碳排放研究在未來(lái)將更加向中國(guó)集中。

圖3  造紙行業(yè)碳排放最高引用突現(xiàn)值排名前 10 名的科研機(jī)構(gòu)

Fig. 3  Top 10 institutions with the strongest citation bursts in paper making industry

通過(guò)對(duì)造紙行業(yè)碳排放的科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行可視化分析,可以看到節(jié)點(diǎn)數(shù)量為120,連線數(shù)量為93,密度為0.013,表明對(duì)造紙行業(yè)碳排放領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)數(shù)量較多,但相互之間的合作較為分散。圖4顯示出這些研究機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系,以及發(fā)文的時(shí)間和數(shù)量。從圖4中可以看出,查爾姆斯理工大學(xué)(Chalmers University of Technology)的發(fā)文數(shù)量最多,時(shí)間周期跨度也相對(duì)較大,但其研究相對(duì)獨(dú)立;我國(guó)的華南理工大學(xué)(South China University of Technology)緊隨其后,發(fā)文數(shù)量較多,成果較新,與其他研究機(jī)構(gòu)的合作也較為廣泛。

圖4  造紙行業(yè)碳排放科研機(jī)構(gòu)可視化網(wǎng)絡(luò)圖譜

Fig. 4  Visualization of carbon emission research institutions in paper making industry

2.2.3 主要發(fā)文作者分析

通過(guò)對(duì)造紙行業(yè)碳排放研究的發(fā)文作者進(jìn)行梳理歸納,表3列出了該領(lǐng)域發(fā)文量排名前五的作者及其發(fā)文篇數(shù)、國(guó)籍、所屬機(jī)構(gòu)與研究范圍的關(guān)鍵詞。高產(chǎn)作者中以我國(guó)華南理工大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院的李繼庚為首。從2013年開(kāi)始,李繼庚共發(fā)表5篇文獻(xiàn),代表了中國(guó)造紙行業(yè)碳排放領(lǐng)域科研發(fā)展的標(biāo)志。發(fā)文量緊隨其后的是洪蒙納,同樣隸屬于華南理工大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,其在造紙行業(yè)碳排放領(lǐng)域發(fā)表的文章始于2019年,研究成果走在了該領(lǐng)域的前沿。

表3  造紙行業(yè)碳排放研究排行前 5 名的主要高產(chǎn)作者
Table 3  Top 5 authors of carbon emission research in paper making industry
作者發(fā)文篇數(shù)國(guó)籍所屬機(jī)構(gòu)研究關(guān)鍵詞
李繼庚5中國(guó)華南理工大學(xué)能源審計(jì);造紙廠;能源效率;CO2減排
洪蒙納4中國(guó)華南理工大學(xué)耗水量;溫室氣體排放;紙;紙漿;煤炭;燃料;CO2
Esa Vakkilainen4芬蘭拉彭蘭塔工業(yè)大學(xué)紙漿廠;減緩氣候變化;CO2減排
Johanna Jonsson4瑞典查爾姆斯理工大學(xué)紙漿廠;權(quán)衡;能源效率;CO2排放量
Katja Kuparinen4芬蘭拉彭蘭塔工業(yè)大學(xué)CO2捕捉

除中國(guó)學(xué)者外,芬蘭拉彭蘭塔工業(yè)大學(xué)的Esa Vakkilainen與Katja Kuparinen,以及瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的Johanna Jonsson,3者分別發(fā)文4篇,同樣位居該領(lǐng)域發(fā)文量排名前5。北歐國(guó)家對(duì)造紙行業(yè)碳排放研究的廣泛開(kāi)展,體現(xiàn)了其對(duì)全球碳排放影響的重視與關(guān)注,其中瑞典在《巴黎協(xié)定》中承諾到2045年將溫室氣體(GHG)排放降至零。

另外,造紙行業(yè)碳排放研究領(lǐng)域的高產(chǎn)作者之間的合作較為突出,形成了一些作者協(xié)作團(tuán)體。為更直觀地展現(xiàn)研究學(xué)者之間的合作關(guān)系,本課題采用CiteSpace軟件生成了作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜,具體見(jiàn)圖5。其中,作者之間連接的線條越多代表合作的范圍越廣。

圖5  造紙行業(yè)碳排放研究作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

Fig. 5  Map of cooperation network of carbon emission research authors in paper making industry

在圖譜中,合作范圍最為廣泛的是以我國(guó)華南理工大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院為中心展開(kāi)的團(tuán)體,包含李繼庚(華南理工大學(xué),中國(guó))、洪蒙納(華南理工大學(xué),中國(guó))、滿(mǎn)奕(華南理工大學(xué),中國(guó)),Lingbo Kong(加州大學(xué)伯克利分校,美國(guó))等作者。他們主要是從中國(guó)造紙行業(yè)能源效率的提高潛力以及碳減排的可行措施入手進(jìn)行深入研究。

2.2.4 共被引分析

通過(guò)對(duì)造紙行業(yè)碳排放領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行共被引分析,本課題將造紙行業(yè)碳排放研究的知識(shí)基礎(chǔ)及演化脈絡(luò)進(jìn)行了系統(tǒng)梳理,統(tǒng)計(jì)出了其高被引文獻(xiàn),對(duì)該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵性成果做了總結(jié)。在通過(guò)CiteSpace軟件生成的造紙行業(yè)碳排放研究文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)圖譜中,每一篇高被引文獻(xiàn)采用一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)表示,文獻(xiàn)的被引頻次用節(jié)點(diǎn)的大小來(lái)體現(xiàn),節(jié)點(diǎn)越大代表文獻(xiàn)的被引頻次越高,具體見(jiàn)圖6。

圖6  造紙行業(yè)碳排放共被引文獻(xiàn)圖譜

Fig. 6  Co-citation literature map of carbon emission in paper making industry

此外,造紙行業(yè)碳排放的研究領(lǐng)域中,排在前10名的高被引文獻(xiàn)的基本信息如表4所示。結(jié)合共被引文獻(xiàn)圖譜與文獻(xiàn)信息,可以看到造紙行業(yè)碳排放研究領(lǐng)域的兩個(gè)重要成果。首先,造紙行業(yè)碳排放的定量與定性分析逐步得到了完善,通過(guò)對(duì)造紙行業(yè)技術(shù)與流程的研究,測(cè)算出造紙需求、能源消耗以及減排潛力,從而在固定資產(chǎn)投資結(jié)構(gòu)、造紙行業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和工業(yè)能源結(jié)構(gòu)方面,為造紙行業(yè)碳減排提供了解決方案。其次,除了擴(kuò)大節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用范圍外,在能源和物料利用效率的提升及材料的重復(fù)循環(huán)利用方面,為造紙行業(yè)有效提升減排效益提供了新的思路,促進(jìn)了造紙行業(yè)碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

表4  造紙行業(yè)碳排放研究排行前10名高被引文獻(xiàn)
Table 4  Highly cited references of top 10 keywords in carbon emission research of papermaking industry
頻次論文標(biāo)題發(fā)表時(shí)間/年作者期刊
5Life cycle energy consumption analysis and green manufacture evolution for the papermaking industry in China2019Yi ManGreen Chemistry
4Performance and costs of CCS in the pulp and paper industry2017Onarheim KristinInternational Journal of Greenhouse Gas Control
4Investment costs and CO2 reduction potential of carbon capture from industrial plants-A Swedish case study2018Gardarsdottir Stefania OskInternational Journal of Greenhouse Gas Control
4Uncovering energy use, carbon emissions and environmental burdens of pulp and paper industry: A systematic review and meta-analysis2018Sun MingxingRenewable & Sustainable Energy Reviews
4Biomass-based carbon capture and utilization in kraft pulp mills2019Kuparinen KatjaMitigation and Adaptation Strategies for Global Change
4COemission and oil use reduction through black liquor gasification and energy efficiency in pulp and paper industry2008Joelsson J.MResources Conservation and Recycling
3Pathways to a sustainable European kraft pulp industry: Trade-offs between economy and COemissions for different technologies and system solutions2010Jonsson JohannaApplied Thermal Engineering
3Estimating carbon emissions from the pulp and paper industry: A case study2016Yutao WangApplied Energy
2Energy efficiency in the German pulp and paper industry-A model-based assessment of saving potentials2012Fleiter TobiasEnergy
2Paper and biomass for energy The impact of paper recycling on energy and CO2 emissions2010Laurijssen JobienResources Conservation and Recycling

2.2.5 造紙行業(yè)碳排放研究熱點(diǎn)主題分析

為了進(jìn)一步研究造紙行業(yè)碳排放的知識(shí)結(jié)構(gòu),探尋該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),本課題采用CiteSpace軟件生成了造紙行業(yè)碳排放研究關(guān)鍵詞圖譜及其聚類(lèi)圖譜,如圖7所示。關(guān)鍵詞共現(xiàn)關(guān)系可以通過(guò)關(guān)鍵詞聚類(lèi)進(jìn)行深化,從而計(jì)算出關(guān)系更加緊密的一組關(guān)鍵詞,展現(xiàn)出包含多組詞匯的主題聚類(lèi)。從聚類(lèi)圖譜的輸出結(jié)果可以觀測(cè)到聚類(lèi)模塊值(Modularity)為0.6543,大于0.3,由此可知該聚類(lèi)結(jié)果顯著。同時(shí),聚類(lèi)平均輪廓值(Mean Silhouette)為0.8693,大于0.7,說(shuō)明該聚類(lèi)可信度較高。

圖7  造紙行業(yè)碳排放研究關(guān)鍵詞及聚類(lèi)圖譜

Fig. 7  Keywords and clustering map of carbon emission in paper making industry

研究者們緊緊圍繞造紙行業(yè)和CO2排放展開(kāi)研究,共形成了10個(gè)關(guān)鍵詞聚類(lèi)研究熱點(diǎn)。通過(guò)對(duì)這10個(gè)聚類(lèi)進(jìn)行整理歸納分析,可以發(fā)現(xiàn)造紙行業(yè)碳排放研究領(lǐng)域共形成了三大熱點(diǎn)主題,分別從氣候影響與可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向、能源利用效率導(dǎo)向和碳排放處理導(dǎo)向進(jìn)行了廣泛研究,下面將針對(duì)這三大主題進(jìn)行逐一分析。

主題一:氣候影響與可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向的造紙行業(yè)碳排放研究

這個(gè)熱點(diǎn)主題包括聚類(lèi)#1 CO2 emissions、聚類(lèi)#3 climate change和聚類(lèi)#9 sustainability等,其中的主要關(guān)鍵詞有CO2 emissions(CO2排放)、climate change(氣候變化)、environmental regulation(環(huán)境法規(guī))與life cycle assessment(全生命周期評(píng)價(jià))等。碳排放對(duì)全球氣候變化的影響,在歐洲的許多發(fā)達(dá)國(guó)家早已得到廣泛關(guān)注,這些國(guó)家所采取的減少溫室氣體排放的措施也日益增多,其中所涉及的產(chǎn)業(yè)不僅有重工業(yè),也涵蓋了造紙行業(yè)在內(nèi)的各類(lèi)輕工行業(yè)。發(fā)展中國(guó)家在碳排放方面的研究雖然起步相對(duì)較晚,但很快走在了這個(gè)領(lǐng)域的前沿,其中重視程度最高的是中國(guó)。中國(guó)是紙張生產(chǎn)與消費(fèi)的大國(guó),在造紙行業(yè)領(lǐng)域也應(yīng)加快推廣低碳技術(shù),開(kāi)發(fā)清潔能源的使用,從而在總量上控制碳排放對(duì)氣候變化的影響。

主題二:能源利用效率導(dǎo)向的造紙行業(yè)碳排放研究

這個(gè)熱點(diǎn)主題包括聚類(lèi)#5 green supplier selection、聚類(lèi)#6 energy efficiency與聚類(lèi)#7 conserved energy等,其中的主要關(guān)鍵詞有g(shù)reen supplier selection(綠色供應(yīng)商選擇)、energy efficiency(能源效率)、energy saving(能源節(jié)約)與carbon reduction(碳減排)等。為了減輕碳排放對(duì)全球氣候變化的影響,造紙行業(yè)不僅需要找到更高效清潔的能源供給方案,以減少產(chǎn)業(yè)原材料端的碳排放量,同時(shí)也要兼顧生產(chǎn)的高效率運(yùn)行和低處理成本。在過(guò)去的20年間,西方發(fā)達(dá)國(guó)家研究出了多種可應(yīng)用在造紙行業(yè)的,包括混合燃油在內(nèi)的能源側(cè)技術(shù)革新,以降低每噸紙張產(chǎn)品的生產(chǎn)所需要消耗的化石燃料,從而減少碳排放的總量,并深入探討了新技術(shù)設(shè)備投資的激勵(lì)政策與造紙行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)所帶來(lái)的碳排放量之間的關(guān)系。

主題三:碳排放處理導(dǎo)向的造紙行業(yè)碳排放研究

這個(gè)熱點(diǎn)主題包括聚類(lèi)#2 CO2 capture與聚類(lèi)#8 carbon capture等,其中的主要關(guān)鍵詞有CO2 capture(CO2捕獲)、negative CO2 emissions(CO2負(fù)排放)、emission trade(排放交易)等。除了通過(guò)從生產(chǎn)源頭減少化石能源的消耗來(lái)降低碳排放量,在對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)末端產(chǎn)生的碳排放進(jìn)行處理方面,造紙行業(yè)也已經(jīng)有了較多的研究和積累。其中既有CO2捕獲和生物能儲(chǔ)存(BECCS)等技術(shù)革新,也有為實(shí)現(xiàn)化石能源利用相關(guān)的氣候目標(biāo),而探索的碳排放交易系統(tǒng)的政策措施。我國(guó)也一直在積極推進(jìn)節(jié)能減排的多種發(fā)展路徑,并依據(jù)《巴黎協(xié)定》做出了2030年碳達(dá)峰的承諾,切實(shí)履行作為世界上最大的碳排放國(guó)的義務(wù)和責(zé)任。在節(jié)能技術(shù)提升、碳排放有效利用、綠電交易制度等政策背景下,造紙行業(yè)碳減排有著良好的前景。

2.2.6 造紙行業(yè)碳排放研究知識(shí)演進(jìn)分析

通過(guò)分析造紙行業(yè)碳排放研究熱點(diǎn)的演變趨勢(shì),可以了解該領(lǐng)域未來(lái)的研究前沿。結(jié)合當(dāng)今造紙行業(yè)碳排放研究的發(fā)展現(xiàn)狀,與運(yùn)用CiteSpace生成的Timezone時(shí)區(qū)圖譜,對(duì)造紙行業(yè)碳排放未來(lái)的研究趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

Timezone時(shí)區(qū)圖譜可以清晰地說(shuō)明研究熱點(diǎn)的最新?tīng)顟B(tài)以及彼此之間的關(guān)聯(lián),從而展現(xiàn)出研究熱點(diǎn)隨時(shí)間變動(dòng)而產(chǎn)生演變的情況,造紙行業(yè)碳排放關(guān)鍵詞Timezone時(shí)區(qū)譜圖見(jiàn)圖8。如圖8所示,造紙行業(yè)碳排放研究歷程分為3個(gè)階段。

圖8  造紙行業(yè)碳排放研究關(guān)鍵詞Timezone時(shí)區(qū)視圖

Fig. 8  Timezone view of carbon emission research in paper making industry

第一階段(1995—2000年):這一時(shí)期是造紙行業(yè)碳排放研究的起步階段,研究的主要對(duì)象是相關(guān)概念和理論,其中以CO2 emission(CO2排放)為主導(dǎo)。由于這方面的研究主題在當(dāng)時(shí)較新,各行業(yè)的專(zhuān)家和學(xué)者尚未達(dá)成統(tǒng)一共識(shí),因此研究的集中度較低。其中,率先提出的是墨西哥國(guó)立自治大學(xué)的Sheinbaum教授,他針對(duì)墨西哥工業(yè)能源利用與碳排放影響的趨勢(shì)進(jìn)行了研究,并重點(diǎn)分析了造紙、鋼鐵、制糖業(yè)等高耗能的產(chǎn)業(yè)中,碳排放與行業(yè)產(chǎn)出、結(jié)構(gòu)變化和基礎(chǔ)燃料混合效果之間的關(guān)系。這段期間的研究表明,造紙行業(yè)與其他工業(yè)的碳排放走進(jìn)了人們的視野,逐漸開(kāi)始被關(guān)注和重視。

第二階段(2001—2010年):這段期間內(nèi)造紙行業(yè)碳排放的研究熱點(diǎn)井噴式爆發(fā),其中包括energy efficiency(能源效率)、climate change policy(氣候變化政策)、greenhouse gas emission(溫室氣體排放)和life cycle assessment(全生命周期評(píng)價(jià))等。研究熱點(diǎn)的集中涌現(xiàn),體現(xiàn)出造紙行業(yè)碳排放的研究步入了快速發(fā)展階段。隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,造紙行業(yè)對(duì)能源的需求也大量增加,使得造紙行業(yè)的化石能源消耗成為了導(dǎo)致碳排放量上升的一個(gè)重要因素。以美國(guó)、丹麥、瑞典為首的西方各國(guó)學(xué)者,對(duì)造紙行業(yè)碳減排問(wèn)題做了重點(diǎn)關(guān)注。這些國(guó)家已處于高度工業(yè)化的發(fā)展階段,對(duì)造紙行業(yè)碳排放展開(kāi)研究刻不容緩。

第三階段(2011年至今):這一時(shí)期是造紙行業(yè)碳排放研究的階梯式上升階段,這段期間的研究熱點(diǎn)關(guān)鍵詞包括environmental management(環(huán)境管理)、system(系統(tǒng))、economy(經(jīng)濟(jì))、CO2 mitigation(碳中和)和carbon footprint(碳足跡)等。結(jié)合前一階段中的量化評(píng)估應(yīng)用與產(chǎn)品全生命周期分析,以及新一階段中的碳足跡視角研究,學(xué)者們對(duì)造紙行業(yè)的節(jié)能潛力和環(huán)境效益進(jìn)行了定量評(píng)估,為造紙行業(yè)碳減排的研究提供了理論支持。同時(shí),造紙行業(yè)碳排放與環(huán)境管理和宏觀經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系,也在這一階段中被深入研究和探討。

通過(guò)分析造紙行業(yè)碳排放研究的發(fā)展歷程可以看到,從研究主題的提出到因全球氣候變化而對(duì)這個(gè)領(lǐng)域關(guān)注度的提高,再到造紙行業(yè)碳排放研究定量評(píng)估的廣泛應(yīng)用,隨著研究層次的逐漸深入,研究方法也經(jīng)歷了從理論框架和因素分析,到背景研究和數(shù)據(jù)導(dǎo)向計(jì)量分析的轉(zhuǎn)變。

3 結(jié)語(yǔ)

本課題以造紙行業(yè)碳排放研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)可視化分析為主題,通過(guò)運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量分析CiteSpace軟件,對(duì)“Web of Science核心合集”中(1995—2022年)的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析,在對(duì)研究文獻(xiàn)的主要來(lái)源期刊、主要發(fā)文國(guó)家及地區(qū)、主要發(fā)文機(jī)構(gòu)、主要發(fā)文作者、共被引文獻(xiàn)、關(guān)鍵詞共現(xiàn)和時(shí)區(qū)視圖等圖譜和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后,梳理并論述了造紙行業(yè)碳排放研究的背景特征概況、歷史研究主題以及未來(lái)研究導(dǎo)向。

3.1 在造紙行業(yè)碳排放研究的主要科研力量方面,中國(guó)與美國(guó)、瑞典和芬蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家的學(xué)者及其研究機(jī)構(gòu)形成了緊密的合作網(wǎng)絡(luò),為該領(lǐng)域提供了大量的科研支持并貢獻(xiàn)了關(guān)鍵性的研究成果。其中,中國(guó)華南理工大學(xué)在發(fā)文量方面遙遙領(lǐng)先,成為了造紙行業(yè)碳排放研究的重要推動(dòng)力,未來(lái)還可以進(jìn)一步加強(qiáng)與企業(yè)等研究機(jī)構(gòu)的合作,希望能有更多其他類(lèi)型的機(jī)構(gòu)廣泛參與到該領(lǐng)域的研究。

3.2 在造紙行業(yè)碳排放研究的熱點(diǎn)方面,可以總結(jié)為三大研究導(dǎo)向,分別為氣候影響與可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)向、能源利用效率導(dǎo)向和碳排放處理導(dǎo)向的造紙行業(yè)碳排放研究。從1995年至今,造紙行業(yè)碳排放研究的熱點(diǎn)持續(xù)圍繞著碳排放、能源效率和氣候變化政策等問(wèn)題,隨著研究層次的逐漸深入,研究方法由理論框架和因素分析,逐漸演變?yōu)楸尘把芯亢蛿?shù)據(jù)導(dǎo)向計(jì)量分析。


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