造紙行業(yè)碳排放研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢可視化分析

對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)量總體呈增長趨勢。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)有研究者開始關(guān)注造紙行業(yè)的碳排放問題，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，該領(lǐng)域研究逐漸受到全球廣泛關(guān)注。1998年，美國研究學(xué)者Ronald J Sutherland對美國等發(fā)達(dá)國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，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，并尋求可替代能源^[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

期刊作為傳播知識的載體，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)、能源與燃料等類別，均為綜合性強(qiáng)的學(xué)科?？d的期刊大多為頂級期刊，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)威性的國際專業(yè)期刊，表明隨著全球氣候嚴(yán)峻變化，越來越多的國家及地區(qū)的研究學(xué)者參與到該領(lǐng)域的研究中來，造紙行業(yè)碳排放研究受到了各界研究學(xué)者的關(guān)注。

本課題通過運(yùn)用CiteSpace軟件對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)文國家合作特點(diǎn)。發(fā)文國家及地區(qū)分布網(wǎng)絡(luò)圖譜如圖2所示，共有20個(gè)國家和地區(qū)發(fā)表過相關(guān)文獻(xiàn)，除中國外主要為歐美發(fā)達(dá)國家和地區(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

從圖2中可以看到，中國的節(jié)點(diǎn)最大，在造紙行業(yè)碳排放研究中發(fā)文量超過20篇。緊隨其后的是美國、瑞典和芬蘭，發(fā)文量也都超過10篇。中國作為主要工業(yè)CO₂排放國之一，近年來對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)者對造紙行業(yè)碳排放研究的日漸重視，該領(lǐng)域未來的發(fā)文量預(yù)計(jì)也將大量增加。同時(shí)，主要的發(fā)文國家及地區(qū)形成了以中國、美國、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)展水平也相對有限，所以對該領(lǐng)域的關(guān)注度不高。因此，除中國外，目前全球造紙行業(yè)碳排放研究的主要科研力量來源于以美國、瑞典為首的西方發(fā)達(dá)國家。

針對全球造紙行業(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年開始，研究成果相對較為前沿。中國、瑞典、美國和芬蘭等國家的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說明，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)過程中，離不開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，希望將來能有更多其他類型的機(jī)構(gòu)廣泛參與到造紙行業(yè)碳排放的研究中。

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)向中國轉(zhuǎn)移，這也與近年我國對于全國各行業(yè)碳排放的控制強(qiáng)度和研究熱度的情況趨于一致。我國對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將更加向中國集中。

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

通過對造紙行業(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)間周期跨度也相對較大，但其研究相對獨(dú)立；我國的華南理工大學(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

通過對造紙行業(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年開始，李繼庚共發(fā)表5篇文獻(xiàn)，代表了中國造紙行業(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。

除中國學(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。北歐國家對造紙行業(yè)碳排放研究的廣泛開展，體現(xiàn)了其對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華南理工大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院為中心展開的團(tuán)體，包含李繼庚（華南理工大學(xué)，中國）、洪蒙納（華南理工大學(xué)，中國）、滿奕（華南理工大學(xué)，中國），Lingbo Kong（加州大學(xué)伯克利分校，美國）等作者。他們主要是從中國造紙行業(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。

通過對造紙行業(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)，對該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵性成果做了總結(jié)。在通過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)來表示，文獻(xiàn)的被引頻次用節(jié)點(diǎn)的大小來體現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)越大代表文獻(xiàn)的被引頻次越高，具體見圖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，通過對造紙行業(yè)技術(shù)與流程的研究，測算出造紙需求、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)。

為了進(jìn)一步研究造紙行業(yè)碳排放的知識結(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)鍵詞圖譜及其聚類圖譜，如圖7所示。關(guān)鍵詞共現(xiàn)關(guān)系可以通過關(guān)鍵詞聚類進(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。從聚類圖譜的輸出結(jié)果可以觀測到聚類模塊值（Modularity）為0.6543，大于0.3，由此可知該聚類結(jié)果顯著。同時(shí)，聚類平均輪廓值（Mean Silhouette）為0.8693，大于0.7，說明該聚類可信度較高。

圖7  造紙行業(yè)碳排放研究關(guān)鍵詞及聚類圖譜

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排放展開研究，共形成了10個(gè)關(guān)鍵詞聚類研究熱點(diǎn)。通過對這10個(gè)聚類進(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#1 CO₂ emissions、聚類#3 climate change和聚類#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（全生命周期評價(jià)）等。碳排放對全球氣候變化的影響，在歐洲的許多發(fā)達(dá)國家早已得到廣泛關(guān)注，這些國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)的各類輕工行業(yè)。發(fā)展中國家在碳排放方面的研究雖然起步相對較晚，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。中國是紙張生產(chǎn)與消費(fèi)的大國，在造紙行業(yè)領(lǐng)域也應(yīng)加快推廣低碳技術(shù)，開發(fā)清潔能源的使用，從而在總量上控制碳排放對氣候變化的影響。

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#5 green supplier selection、聚類#6 energy efficiency與聚類#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。在過去的20年間，西方發(fā)達(dá)國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#2 CO₂ capture與聚類#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。除了通過從生產(chǎn)源頭減少化石能源的消耗來降低碳排放量，在對產(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。

通過分析造紙行業(yè)碳排放研究熱點(diǎn)的演變趨勢，可以了解該領(lǐng)域未來的研究前沿。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，對造紙行業(yè)碳排放未來的研究趨勢進(jìn)行了預(yù)測。

Timezone時(shí)區(qū)圖譜可以清晰地說明研究熱點(diǎn)的最新狀態(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)的專家和學(xué)者尚未達(dá)成統(tǒng)一共識，因此研究的集中度較低。其中，率先提出的是墨西哥國立自治大學(xué)的Sheinbaum教授，他針對墨西哥工業(yè)能源利用與碳排放影響的趨勢進(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、丹麥、瑞典為首的西方各國學(xué)者，對造紙行業(yè)碳減排問題做了重點(diǎn)關(guān)注。這些國家已處于高度工業(yè)化的發(fā)展階段，對造紙行業(yè)碳排放展開研究刻不容緩。

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)者們對造紙行業(yè)的節(jié)能潛力和環(huán)境效益進(jìn)行了定量評估，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。