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)量進行分析統(tǒng)計，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，同時出現(xiàn)關(guān)于碳排放相應的研究成果，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，美國研究學者Ronald J Sutherland對美國等發(fā)達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，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)歷了實質(zhì)性的技術(shù)進步，提高了整體的生產(chǎn)率，從長遠的角度看，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世紀初至今，關(guān)于該領(lǐng)域的研究日益受到各界學者的重視，隨年份的變化全球相關(guān)研究文獻數(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，在促進學術(shù)交流與科學發(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、環(huán)境科學、材料科學、生態(tài)學、環(huán)境工程、工程技術(shù)、能源與燃料等類別，均為綜合性強的學科。刊載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到9以上，其中《Renewable & Sustainable Energy Reviews》較為突出，其影響因子已經(jīng)高達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峻變化，越來越多的國家及地區(qū)的研究學者參與到該領(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者的關(guān)注。

本課題通過運用CiteSpace軟件對WOS中所篩取的文獻進行計量分析，探究造紙行業(yè)碳排放研究的發(fā)文國家合作特點。發(fā)文國家及地區(qū)分布網(wǎng)絡圖譜如圖2所示，共有20個國家和地區(qū)發(fā)表過相關(guān)文獻，除中國外主要為歐美發(fā)達國家和地區(qū)，這與目前全球的經(jīng)濟文化發(fā)展格局相一致。圖譜中節(jié)點的大小代表發(fā)文量的多少，節(jié)點越大表示發(fā)文量越多，節(jié)點間連線的粗細體現(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)嚴格，并提出了碳中和與碳達峰的雙碳目標。隨著相關(guān)學者對造紙行業(yè)碳排放研究的日漸重視，該領(lǐng)域未來的發(fā)文量預計也將大量增加。同時，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。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)達國家。

針對全球造紙行業(yè)碳排放研究領(lǐng)域的科研機構(gòu)進行梳理后，統(tǒng)計出截至目前全球發(fā)文量前10名的研究機構(gòu)，如表2所示。其中，發(fā)文量最高的科研機構(gòu)是瑞典的查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology），發(fā)文量在10篇以上。中國的科研機構(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（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)計數(shù)據(jù)說明，較大比例的科研力量都存于高等教育機構(gòu)中。造紙行業(yè)在碳中和與碳達峰的推進過程中，離不開政府的政策支持與產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命，為了實現(xiàn)產(chǎn)學研全鏈條的創(chuàng)新，希望將來能有更多其他類型的機構(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)逐步細分，預計全球造紙行業(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)碳排放的科研機構(gòu)進行可視化分析，可以看到節(jié)點數(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顯示出這些研究機構(gòu)之間的合作關(guān)系，以及發(fā)文的時間和數(shù)量。從圖4中可以看出，查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology）的發(fā)文數(shù)量最多，時間周期跨度也相對較大，但其研究相對獨立；我國的華南理工大學（South China University of Technology）緊隨其后，發(fā)文數(shù)量較多，成果較新，與其他研究機構(gòu)的合作也較為廣泛。

圖4  造紙行業(yè)碳排放科研機構(gòu)可視化網(wǎng)絡圖譜

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輕工科學與工程學院的李繼庚為首。從2013年開始，李繼庚共發(fā)表5篇文獻，代表了中國造紙行業(yè)碳排放領(lǐng)域科研發(fā)展的標志。發(fā)文量緊隨其后的是洪蒙納，同樣隸屬于華南理工大學輕工科學與工程學院，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。

除中國學者外，芬蘭拉彭蘭塔工業(yè)大學的Esa Vakkilainen與Katja Kuparinen，以及瑞典查爾姆斯理工大學的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)作團體。為更直觀地展現(xiàn)研究學者之間的合作關(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輕工科學與工程學院為中心展開的團體，包含李繼庚（華南理工大學，中國）、洪蒙納（華南理工大學，中國）、滿奕（華南理工大學，中國），Lingbo Kong（加州大學伯克利分校，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行深入研究。

通過對造紙行業(yè)碳排放領(lǐng)域的文獻進行共被引分析，本課題將造紙行業(yè)碳排放研究的知識基礎(chǔ)及演化脈絡進行了系統(tǒng)梳理，統(tǒng)計出了其高被引文獻，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)碳排放研究文獻共被引網(wǎng)絡圖譜中，每一篇高被引文獻采用一個節(jié)點來表示，文獻的被引頻次用節(jié)點的大小來體現(xiàn)，節(jié)點越大代表文獻的被引頻次越高，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名的高被引文獻的基本信息如表4所示。結(jié)合共被引文獻圖譜與文獻信息，可以看到造紙行業(yè)碳排放研究領(lǐng)域的兩個重要成果。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，除了擴大節(jié)能技術(shù)的應用范圍外，在能源和物料利用效率的提升及材料的重復循環(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，促進了造紙行業(yè)碳減排目標的實現(xiàn)。

為了進一步研究造紙行業(yè)碳排放的知識結(jié)構(gòu)，探尋該領(lǐng)域的研究熱點，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)鍵詞聚類進行深化，從而計算出關(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，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個關(guān)鍵詞聚類研究熱點。通過對這10個聚類進行整理歸納分析，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主題，分別從氣候影響與可持續(xù)發(fā)展導向、能源利用效率導向和碳排放處理導向進行了廣泛研究，下面將針對這三大主題進行逐一分析。

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

這個熱點主題包括聚類#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）等。碳排放對全球氣候變化的影響，在歐洲的許多發(fā)達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)與消費的大國，在造紙行業(yè)領(lǐng)域也應加快推廣低碳技術(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：能源利用效率導向的造紙行業(yè)碳排放研究

這個熱點主題包括聚類#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，同時也要兼顧生產(chǎn)的高效率運行和低處理成本。在過去的20年間，西方發(fā)達國家研究出了多種可應用在造紙行業(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：碳排放處理導向的造紙行業(yè)碳排放研究

這個熱點主題包括聚類#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，也有為實現(xiàn)化石能源利用相關(guān)的氣候目標，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年碳達峰的承諾，切實履行作為世界上最大的碳排放國的義務和責任。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)碳排放研究熱點的演變趨勢，可以了解該領(lǐng)域未來的研究前沿。結(jié)合當今造紙行業(yè)碳排放研究的發(fā)展現(xiàn)狀，與運用CiteSpace生成的Timezone時區(qū)圖譜，對造紙行業(yè)碳排放未來的研究趨勢進行了預測。

Timezone時區(qū)圖譜可以清晰地說明研究熱點的最新狀態(tài)以及彼此之間的關(guān)聯(lián)，從而展現(xiàn)出研究熱點隨時間變動而產(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個階段。

圖8  造紙行業(yè)碳排放研究關(guān)鍵詞Timezone時區(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。由于這方面的研究主題在當時較新，各行業(yè)的專家和學者尚未達成統(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行了研究，并重點分析了造紙、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）等。研究熱點的集中涌現(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致碳排放量上升的一個重要因素。以美國、丹麥、瑞典為首的西方各國學者，對造紙行業(yè)碳減排問題做了重點關(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關(guān)鍵詞包括environmental management（環(huán)境管理）、system（系統(tǒng)）、economy（經(jīng)濟）、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，學者們對造紙行業(yè)的節(jié)能潛力和環(huán)境效益進行了定量評估，為造紙行業(yè)碳減排的研究提供了理論支持。同時，造紙行業(yè)碳排放與環(huán)境管理和宏觀經(jīng)濟之間的關(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)導向計量分析的轉(zhuǎn)變。