基于Web of Science看全球碳捕集技术趋势

■文/朱 葛

基于Web of Science 核心合集TM 中的碳捕集领域文献分析可以看出，我国作为碳排放大国，需加大碳捕集领域的研究力度。

近些年，气候变暖是全球高度关注的主题，其影响已经威胁到生态、粮食及水资源等方面，即严重威胁到人类的生存环境。引起全球气候变暖的关键因素是温室气体（主要是二氧化碳）的排放，因此，二氧化碳减排是控制温室效应、减缓全球变暖的重要研究方向。阻止全球变暖不仅要节能减排，还要开发多种碳捕集技术。

我国作为碳排放大国，需要加大碳捕集领域的研究力度。目前，针对碳捕集领域的文献与日俱增，为此，我们就近年来该领域的全球产出学术影响力、各国在碳捕集领域的研究实力进行了分析，并对研究热点主题的变化和高影响力论文分布进行了总结。

全球论文产出趋势

从碳捕集研究相关文章的发表数量来看，自1983年发表第一篇碳捕集研究论文至2021年7月17日，领域论文发表量在近40年间总体呈增长趋势，尤其在2004年后增速明显。截至目前，全球共发表碳捕集技术相关的科技论文30 404篇，最早可以追溯到1983年。从2009年开始，大量的研究机构开始聚焦碳捕集领域，在2017年达到论文发表高峰，共发表论文3 357 篇。

文献被引用次数可作为评价论文质量的一个重要的考量，被引数值越高即代表影响力越高。从碳捕集研究相关文章的被引次数来看，30 404 篇文章共被引用832 091 次，平均单篇被引用27 次，有28 300 篇文章被引用次数在10 000 次以上。被引用次数的年际变化大致分为3 个阶段。第一阶段是1983—2001年，这一阶段没有出现引用次数较多的现象，但其中几个年度的文献平均引用次数还是比较高的。第二阶段在2002—2014年，这一阶段是文献被引次数的高峰期，而且引用次数与发文量呈现正相关关系。在2002年、2004—2012年平均每篇文献被引用40 次以上。第三阶段自2015年至今，由于发文时间比较短，所以被引用的次数也相对较低。总体来看，2002—2014年碳捕集相关文献的学术水平和关注度较高。

全球产出学术影响力

InCites 分析结果可作为学科规范化的引文影响力指标，即CNCI。CNCI 是在各个组织层面（作者、机构、地区等）进行对标分析的理想指标：若CNCI>1，说明其引文影响力已经超过全球平均水平；若CNCI<1，说明其引文影响力不及全球平均水平。由于CNCI 是一个排除出版年、学科领域与文献类型作用的无偏影响力指标，使用它可以进行不同规模、不同学科混合的论文集的比较。以过去近40年的数据（1983—2021年）作为分析对象，1994年以前由于年度论文产出较少，CNCI 值可能会被一篇或几篇高被引论文显著影响，因此出现波动较大，特别是1992年的CNCI 值达1.29。2002年的引文影响力高达7.79，出现了影响力极高的文章。结果说明，1994年以后产出的论文水平高于全球平均水平。

针对碳捕集领域发文数量的国家数据进行分析，结果发现发文数最多的为中国（7 546 篇），第二为美国（5 843 篇），第三为英国（2 333 篇）。从观察论文被引频次来看，美国的碳捕集文献被引频次最高（237 771），表明美国在此领域的论文质量最佳。此外，挪威在碳捕集领域论文的平均被引次数为全球平均水平的2.32 倍，被引次数排名前10%的论文百分比排名第一（26.09%），说明在碳捕集领域，挪威论文数量虽然不多，但其论文品质优良。

从碳捕集领域论文发表量前10个国家每年的发文情况来看，1983—2020年，中国关于碳捕集的发文量逐年增加，持续受到学者的关注与重视，其他国家在2017年前后在碳捕集领域发文量均有所下降。

在全球范围内，我们对碳捕集文献发表量前10 位的科研机构进行了统计，世界上关于碳捕集领域的研究机构主要集中在美国、中国和挪威，其次是西班牙、法国、澳大利亚和英国。从发表文章的数量来看，中国科学院仅次于美国能源部，位居第二位。美国机构的影响力表现普遍较好，CNCI 值均超过2，法国机构的国际合作产出占比最高。在全球论文发表量排名前10 位的机构的横向合作论文占比中，挪威科技大学与挪威科技工业研究所表现最为突出。

全球碳捕集领域论文产出前10 位的企业均来自能源行业，其中有3 家来自美国，有2 家来自中国，其次是韩国、荷兰、挪威、法国和英国。韩国电力公司发表的相关论文最多，挪威国家石油公司发表论文的学术影响力最高。在排名前10 位的企业中有4 家企业的国际合作论文百分比超过40%。

近3年，从全球在碳捕集领域核心机构、首次发表成果机构与不再发表成果机构的情况来看，核心机构前10 名中中国占8 家，发文量最多（247 篇）的机构为中国科学院。近3年中国首次发表成果的机构中，中南大学发文最多（50 篇）。

收录碳捕集领域研究较多的期刊大部分为能源类期刊，其次是材料类期刊。这可能是因为碳捕集研究常以能源为研究载体，自然也引申出了由于能源限制而导致的未来发展权益如何分配等经济发展类问题，因此受到此类期刊关注。

碳捕集全球研究前沿

科睿唯安的基础科学指标（ESI）数据库提供了“研究前沿”数据，被称作“研究前沿”的专业领域的办法，它源于科学研究之间存在的某种特定共性，这种共性可能来自试验数据，也可能来自研究方法、概念或假设。持续跟踪全球最重要的学术论文，研究论文被引用的模式及其聚类，特别是成簇高被引论文频繁地被引用的情况，即可视为其研究前沿。

●三维石墨烯吸附剂

H2析出反应（HER）可通过光催化和电催化水分解进行，被认为是最有效和最环保的方法。石墨烯因其性能和独特的3D 框架结构（分层网络结构、孔径分布、比表面积、光吸收能力和导电性）可参与HER，在反应中3D 石墨烯的比表面积大和多孔结可助力电子转移和气体产物扩散，可用于高效捕获二氧化碳，且3D 石墨烯比粉末相载体易于回收，所以成为碳捕集领域的研究热点。

●交联型聚合离子液体吸附剂

通过超交联技术制备的新型的苯并咪唑基超交联聚离子液体，因其聚合物具有较高的比表面积、丰富的微/中孔和离子活性位点，可在温和条件下高效捕集二氧化碳，研究前景广阔。

●二氧化碳双相吸收技术

碳捕集可利用双相溶剂，虽然能在很大程度上减少再生能源，但由于稳定性低和成本高束缚了双相溶剂的商业用途。为了打破双相溶剂的技术壁垒，研究人员合成了新型双相溶剂，通过单乙醇胺/1-丙醇水性双相吸收剂进行碳捕集，发现其双相吸收溶剂吸收速度快、再生能量低，可进行有效的碳捕集。

●固体氧化物基微结构吸附剂

近几十年，研发人员开发出第二代二氧化碳捕集工艺，即钙循环。钙循环利用电石渣和硝酸铝为原料，纸纤维为生物模板，合成以新型微管状结构存在的吸附剂。研究表明，纸纤维的参与有利于提高二氧化碳的捕获反应性，可以有效解决二氧化碳的排放问题。