造纸行业碳排放研究现状及发展趋势可视化分析

20世纪80年代开始,人们不断通过煤炭、石油、天然气等化石能源燃烧活动和工业生产过程及土地利用变化与林业等人为活动产生大量温室气体的排放,造成严重的大气保温效应导致全球变暖(气候变化),即“温室效应”,温室气体的排放简称“碳排放”。IPCC(IntergovernmentalPanelonClimateChange)第五次评估报告主要结论指出,从1880—2012年的130多年以来,显示人类活动导致20世纪50年代以来50%以上的全球气候变暖,碳排放引起全球气候变暖、气温升高、海平面上升等环境恶化现象,对全球可持续发展及生态文明建设带来严重威胁[1],目前世界各国都积极参与碳排放的管控和减排目标。造纸行业作为全球的高耗能工业,为首先列入碳排放交易市场的产业之一,2016年调查显示造纸工业是世界第四大耗能工业[2],约占世界总能源消耗的6%,直接产生的CO2约占工业的2%[3],因此,造纸行业的碳减排活动对人类和自然的可持续发展及全球碳排放控制都有着至关重要的作用。

2.1.1造纸行业碳排放研究发文分布

图1造纸行业碳排放研究发文记录分布

Fig.1Distributionofcarbonemissionsresearchpapersinpapermakingindustry

2.1.2造纸行业碳排放研究主要发文期刊分析

2.2.1主要发文国家及地区分析

图2造纸行业碳排放发文国家及地区分布网络图谱

Fig.2Distributionnetworkmapofthepublishingcountriesandregionsinpapermakingindustry

2.2.2主要发文机构分析

针对全球造纸行业碳排放研究领域的科研机构进行梳理后,统计出截至目前全球发文量前10名的研究机构,如表2所示。其中,发文量最高的科研机构是瑞典的查尔姆斯理工大学(ChalmersUniversityofTechnology),发文量在10篇以上。中国的科研机构发文量总和位居第一,并以高等院校为主。其中,华南理工大学(SouthChinaUniversityofTechnology)的发文量在全球位列第二,其在造纸行业碳排放领域的研究从2017年开始,研究成果相对较为前沿。中国、瑞典、美国和芬兰等国家的统计数据说明,较大比例的科研力量都存于高等教育机构中。造纸行业在碳中和与碳达峰的推进过程中,离不开政府的政策支持与产业的技术革命,为了实现产学研全链条的创新,希望将来能有更多其他类型的机构广泛参与到造纸行业碳排放的研究中。

图3造纸行业碳排放最高引用突现值排名前10名的科研机构

Fig.3Top10institutionswiththestrongestcitationburstsinpapermakingindustry

图4造纸行业碳排放科研机构可视化网络图谱

Fig.4Visualizationofcarbonemissionresearchinstitutionsinpapermakingindustry

2.2.3主要发文作者分析

另外,造纸行业碳排放研究领域的高产作者之间的合作较为突出,形成了一些作者协作团体。为更直观地展现研究学者之间的合作关系,本课题采用CiteSpace软件生成了作者合作网络图谱,具体见图5。其中,作者之间连接的线条越多代表合作的范围越广。

图5造纸行业碳排放研究作者合作网络图谱

Fig.5Mapofcooperationnetworkofcarbonemissionresearchauthorsinpapermakingindustry

在图谱中,合作范围最为广泛的是以我国华南理工大学轻工科学与工程学院为中心展开的团体,包含李继庚(华南理工大学,中国)、洪蒙纳(华南理工大学,中国)、满奕(华南理工大学,中国),LingboKong(加州大学伯克利分校,美国)等作者。他们主要是从中国造纸行业能源效率的提高潜力以及碳减排的可行措施入手进行深入研究。

2.2.4共被引分析

通过对造纸行业碳排放领域的文献进行共被引分析,本课题将造纸行业碳排放研究的知识基础及演化脉络进行了系统梳理,统计出了其高被引文献,对该领域研究的关键性成果做了总结。在通过CiteSpace软件生成的造纸行业碳排放研究文献共被引网络图谱中,每一篇高被引文献采用一个节点来表示,文献的被引频次用节点的大小来体现,节点越大代表文献的被引频次越高,具体见图6。

图6造纸行业碳排放共被引文献图谱

Fig.6Co-citationliteraturemapofcarbonemissioninpapermakingindustry

此外,造纸行业碳排放的研究领域中,排在前10名的高被引文献的基本信息如表4所示。结合共被引文献图谱与文献信息,可以看到造纸行业碳排放研究领域的两个重要成果。首先,造纸行业碳排放的定量与定性分析逐步得到了完善,通过对造纸行业技术与流程的研究,测算出造纸需求、能源消耗以及减排潜力,从而在固定资产投资结构、造纸行业生产结构和工业能源结构方面,为造纸行业碳减排提供了解决方案。其次,除了扩大节能技术的应用范围外,在能源和物料利用效率的提升及材料的重复循环利用方面,为造纸行业有效提升减排效益提供了新的思路,促进了造纸行业碳减排目标的实现。

2.2.5造纸行业碳排放研究热点主题分析

为了进一步研究造纸行业碳排放的知识结构,探寻该领域的研究热点,本课题采用CiteSpace软件生成了造纸行业碳排放研究关键词图谱及其聚类图谱,如图7所示。关键词共现关系可以通过关键词聚类进行深化,从而计算出关系更加紧密的一组关键词,展现出包含多组词汇的主题聚类。从聚类图谱的输出结果可以观测到聚类模块值(Modularity)为0.6543,大于0.3,由此可知该聚类结果显著。同时,聚类平均轮廓值(MeanSilhouette)为0.8693,大于0.7,说明该聚类可信度较高。

图7造纸行业碳排放研究关键词及聚类图谱

Fig.7Keywordsandclusteringmapofcarbonemissioninpapermakingindustry

研究者们紧紧围绕造纸行业和CO2排放展开研究,共形成了10个关键词聚类研究热点。通过对这10个聚类进行整理归纳分析,可以发现造纸行业碳排放研究领域共形成了三大热点主题,分别从气候影响与可持续发展导向、能源利用效率导向和碳排放处理导向进行了广泛研究,下面将针对这三大主题进行逐一分析。

主题一:气候影响与可持续发展导向的造纸行业碳排放研究

主题二:能源利用效率导向的造纸行业碳排放研究

这个热点主题包括聚类#5greensupplierselection、聚类#6energyefficiency与聚类#7conservedenergy等,其中的主要关键词有greensupplierselection(绿色供应商选择)、energyefficiency(能源效率)、energysaving(能源节约)与carbonreduction(碳减排)等。为了减轻碳排放对全球气候变化的影响,造纸行业不仅需要找到更高效清洁的能源供给方案,以减少产业原材料端的碳排放量,同时也要兼顾生产的高效率运行和低处理成本。在过去的20年间,西方发达国家研究出了多种可应用在造纸行业的,包括混合燃油在内的能源侧技术革新,以降低每吨纸张产品的生产所需要消耗的化石燃料,从而减少碳排放的总量,并深入探讨了新技术设备投资的激励政策与造纸行业产品生产所带来的碳排放量之间的关系。

主题三:碳排放处理导向的造纸行业碳排放研究

2.2.6造纸行业碳排放研究知识演进分析

通过分析造纸行业碳排放研究热点的演变趋势,可以了解该领域未来的研究前沿。结合当今造纸行业碳排放研究的发展现状,与运用CiteSpace生成的Timezone时区图谱,对造纸行业碳排放未来的研究趋势进行了预测。

图8造纸行业碳排放研究关键词Timezone时区视图

Fig.8Timezoneviewofcarbonemissionresearchinpapermakingindustry

第三阶段(2011年至今):这一时期是造纸行业碳排放研究的阶梯式上升阶段,这段期间的研究热点关键词包括environmentalmanagement(环境管理)、system(系统)、economy(经济)、CO2mitigation(碳中和)和carbonfootprint(碳足迹)等。结合前一阶段中的量化评估应用与产品全生命周期分析,以及新一阶段中的碳足迹视角研究,学者们对造纸行业的节能潜力和环境效益进行了定量评估,为造纸行业碳减排的研究提供了理论支持。同时,造纸行业碳排放与环境管理和宏观经济之间的关系,也在这一阶段中被深入研究和探讨。

3.1在造纸行业碳排放研究的主要科研力量方面,中国与美国、瑞典和芬兰等发达国家的学者及其研究机构形成了紧密的合作网络,为该领域提供了大量的科研支持并贡献了关键性的研究成果。其中,中国华南理工大学在发文量方面遥遥领先,成为了造纸行业碳排放研究的重要推动力,未来还可以进一步加强与企业等研究机构的合作,希望能有更多其他类型的机构广泛参与到该领域的研究。

3.2在造纸行业碳排放研究的热点方面,可以总结为三大研究导向,分别为气候影响与可持续发展导向、能源利用效率导向和碳排放处理导向的造纸行业碳排放研究。从1995年至今,造纸行业碳排放研究的热点持续围绕着碳排放、能源效率和气候变化政策等问题,随着研究层次的逐渐深入,研究方法由理论框架和因素分析,逐渐演变为背景研究和数据导向计量分析。

THE END
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