基于文献计量分析的碳捕获、利用与封存（CCUS）技术进展研究

《Journal of Cleaner Production》：Research on the progress of Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) technologies based on bibliometric analysis

碳捕集、利用与封存（CCUS）是应对气候变化的关键技术，本文基于Web of Science数据库，采用文献计量学方法分析了2000-2024年全球CCUS研究趋势。研究发现，CCUS研究可分为三个阶段：2000-2011年的初始阶段，2012-2019年的稳定增长阶段，以及2020年后的快速发展阶段，年均发文量从317.7篇增至1156篇。中国在CCUS领域的贡献显著，2020年后发文量超越美国，并主导国际合作网络。技术热点从早期的碳捕获转向地质封存，多学科交叉成为主流。COVID-19疫情对欧美合作网络造成冲击，但加速了中国通过“双碳”政策推动CCUS发展。研究揭示了政策驱动、区域合作差异及技术演进规律，为未来政策制定和技术研发提供参考。

　　CCUS（碳捕集、利用与封存）作为应对全球气候变化的重要技术手段，近年来在国际学术界和工业界引起了广泛关注。随着全球碳排放问题日益严峻，CCUS不仅被视为实现碳中和目标的关键路径，也成为各国推动绿色低碳发展的重要工具。从2000年到2024年，CCUS相关研究经历了从初步探索到快速发展的转变，研究趋势和国际合作格局也发生了显著变化。本文通过文献计量学方法，对Web of Science数据库中CCUS相关文献进行了系统分析，揭示了全球研究热点、区域贡献以及研究方向的演变趋势，同时探讨了新冠疫情对CCUS国际合作和发展的深远影响。

### 研究背景与意义

全球变暖已成为当今世界面临的重大环境问题，其主要驱动因素之一是化石燃料的广泛使用。根据国际能源署（IEA）的数据，2022年全球二氧化碳排放总量达到368亿吨，其中97.7%来源于化石燃料燃烧。面对这一严峻形势，各国纷纷寻求有效的碳减排策略，CCUS作为其中一项关键技术，被普遍认为是实现全球净零排放目标不可或缺的组成部分。IEA预测，为了实现净零目标，到2030年需要每年捕集10亿吨二氧化碳，到2050年则需捕集76亿吨，这相当于当年全球能源相关排放的2.9%和21%。尽管CCUS技术在规模化和基础设施建设方面仍面临诸多挑战，但随着研究和政策支持的不断加强，尤其是在中国和美国，CCUS的发展正呈现出加速态势。

CCUS不仅在技术层面具有重要意义，还涉及多个学科领域，如工程、化学、地质学、环境科学和政策研究。它将二氧化碳从工业排放或大气中捕集，然后进行储存或利用，从而减少温室气体排放。这种多学科交叉的特点使得CCUS的研究既具有理论深度，也具备实践价值。因此，回顾CCUS的发展历程和研究趋势，有助于研究人员更好地理解当前的研究热点，同时为政策制定者提供决策依据。

### 研究方法与数据来源

本文采用了文献计量学方法，利用Web of Science（WOS）核心合集数据库中的数据，对2000年至2024年的CCUS相关文献进行了分析。WOS是一个覆盖国际高水平科研成果的数据库，其中不仅包含大量CCUS相关的期刊文章，还提供了完整的文献引用信息。通过使用布尔逻辑运算符“AND”和“OR”组合关键词，本文构建了完整的检索逻辑，最终获得了11369篇相关文献。为了提高文献计量分析的准确性，研究排除了综述文章和书籍，以及与研究主题相关性较低或数据不明确的文献，最终筛选出8464篇有效文献。

文献计量学分析涉及多个维度，包括文献的总体趋势、作者合作网络、研究主题的演变等。通过使用Bibliometrix这一基于R语言的免费软件包，研究能够进行数据导入、清洗、统计分析和可视化展示。Bibliometrix具有强大的功能，能够计算文献的引用次数、h指数、影响因子等指标，并通过图表和网络图展示文献的来源、时间、作者、关键词等信息。这种多维度的分析方法使得研究能够全面了解CCUS领域的研究动态和国际合作模式。

### 研究结果与分析

#### 1. 全球研究趋势

从2000年到2024年，CCUS相关文献的发表数量呈现出明显的增长趋势。总体来看，CCUS研究可分为三个阶段：**初始阶段（2000–2011年）**、**稳定增长阶段（2012–2019年）**和**快速发展阶段（2020年至今）**。初始阶段的研究数量较少，主要集中在CO?捕集和地质封存的基本原理上。然而，随着全球气候治理的加强，特别是《巴黎协定》的签署，CCUS研究进入了稳定增长阶段，每年发表的论文数量超过400篇。这一阶段的研究不仅关注技术细节，还开始涉及生命周期评估、系统集成和经济性分析等主题。

到了2020年之后，CCUS研究进入了快速发展阶段，每年发表的论文数量超过800篇。这一增长主要受到各国碳中和目标的推动，尤其是中国提出的“双碳”目标（碳达峰和碳中和），使得CCUS成为国家战略中的重点内容。同时，美国和欧洲也通过政策支持和资金投入，推动了CCUS技术的快速发展。例如，美国通过《基础设施投资和就业法案》和《通胀削减法案》提供了大量财政激励，以促进CO?捕集、利用和封存技术的部署。此外，欧洲通过《欧洲绿色协议》和《可持续活动分类法》为CCUS技术的发展提供了法律和市场框架。

#### 2. 作者与机构分析

在CCUS研究中，作者和研究机构的贡献至关重要。通过文献计量分析，本文识别了22420位作者，平均每位作者参与的论文数量为2.65篇。其中，有248位作者仅发表了一篇论文，占总作者数的1.11%。为了更好地反映跨学科合作的状况，本文还分析了作者在WOS学科分类中的分布情况。结果显示，75.2%的作者至少在两个学科类别中发表过论文，其中49.02%的作者涉及三个或更多学科。这一现象表明，CCUS研究具有高度的跨学科性，需要多领域的协同合作。

在研究机构层面，中国科学院、美国能源部和英国帝国理工学院等机构在CCUS研究中占据主导地位。中国科学院在2000年至2024年间发表了737篇论文，占全球发表总量的4.5%。美国能源部则以478篇论文位列第二，而英国帝国理工学院和中国石油大学也分别位列第三和第四。此外，中国科研机构在总发表量中占据近一半的份额，这表明中国在CCUS研究中发挥着越来越重要的作用。

#### 3. 国家合作网络分析

国家间的合作对于CCUS技术的发展至关重要。本文通过文献计量学方法，分析了各国在CCUS研究中的合作网络。结果显示，中国、美国和英国是CCUS研究的核心国家，分别占据了全球研究总量的23%、13.4%和9.5%。中国在合作网络中表现尤为突出，其在“共同作者论文数量（MCP）”和“国际合作比例（MCP Ratio）”方面均位居前列。这表明，尽管中国在CCUS研究中起步较晚，但近年来通过与国际领先机构的合作，迅速提升了其研究能力和影响力。

与此同时，美国和英国在合作网络中的影响力有所下降，这与新冠疫情对全球科研合作的影响密切相关。美国和英国的“Betweenness”（中介中心性）指标在2000–2020年间分别下降了17.14%和40.38%，这表明疫情对这两个国家的国际合作产生了负面影响。然而，中国在疫情后仍保持了较高的研究产出和国际合作水平，其在2020–2024年间发表的论文数量和国际合作比例均有所提升，这反映了中国在全球CCUS研究中的重要地位。

#### 4. 研究主题与关键词分析

CCUS研究的主题和关键词分析揭示了该领域研究的重点方向。通过文献计量学方法，本文对CCUS相关文献的关键词进行了共现分析，发现“CO?捕集”、“储存”和“技术”是最常出现的关键词。此外，随着研究的深入，CO?储存和封存成为越来越重要的研究主题，特别是在2020年之后，储存技术的研究成果显著增加。

在不同国家和地区，CCUS研究的主题呈现出不同的演变趋势。例如，中国的研究主题从早期的政策导向逐渐转向技术导向，尤其是在“双碳”目标提出后，CO?储存和封存成为研究的核心内容。而美国的研究则受到《巴黎协定》签署前后的政策变化影响，从早期的“碳封存”逐渐转向“碳捕集”和“氢能”等新兴领域。英国的研究则受到2018年《清洁增长战略》的影响，更加关注可再生能源和碳减排技术。欧洲的研究则以《欧洲绿色协议》为指导，推动碳储存和封存技术的快速发展。

### 研究发现与讨论

#### 1. 中国在全球CCUS研究中的崛起

中国近年来在全球CCUS研究中取得了显著进展，尤其是在论文数量和国际合作方面。从2000年到2024年，中国在CCUS研究中的论文数量迅速增长，最终超过美国成为全球发表量最多的国家。这不仅反映了中国在CCUS领域的研究实力，也表明中国在推动全球碳减排方面的积极态度和战略部署。

中国的“双碳”目标（2030年碳达峰，2060年碳中和）为CCUS研究提供了强有力的政策支持。通过发布《“十四五”规划》和《碳达峰与碳中和科技支撑行动计划》，中国明确了CCUS在实现碳中和目标中的关键作用。此外，中国还制定了《二氧化碳储存技术要求》和《陆上二氧化碳储存项目选址指南》等技术规范，进一步推动了CCUS技术的标准化和规范化。

#### 2. 国际合作与区域发展差异

国际间的合作对于CCUS技术的推广和应用至关重要。本文分析了各国在CCUS研究中的合作网络，发现全球CCUS研究主要集中在亚洲、美洲、欧洲和大洋洲。其中，亚洲和美洲的贡献尤为突出。在亚洲，中国、日本和韩国等国家在CCUS研究中表现出较高的合作水平，而欧洲则以德国、法国和荷兰等国家为核心。这些区域的合作网络不仅反映了各国在CCUS领域的研究实力，也揭示了不同地区在技术发展和政策支持方面的差异。

此外，中国与美国、英国等国家的合作网络日益紧密，形成了全球CCUS研究的重要节点。而一些新兴国家，如马来西亚和印度，则通过与发达国家的合作，提升了其在CCUS领域的研究能力。例如，马来西亚通过与法国、日本等国的合作，开发了马来盆地的碳储存枢纽，并与阿联酋、英国等国合作评估二氧化碳储存潜力。这种国际合作不仅有助于技术的推广，也促进了各国在碳减排方面的共同利益。

#### 3. 疫情对CCUS研究的影响

新冠疫情作为21世纪全球治理的重大考验，对CCUS研究产生了深远影响。首先，疫情导致全球能源需求波动，影响了碳减排政策的实施，进而对CCUS项目的投资和部署产生了负面影响。其次，疫情强化了“人类命运共同体”的理念，促使各国加强国际合作，共同应对气候变化问题。这使得CCUS研究成为各国绿色经济复苏计划的重要组成部分。

然而，疫情也对美国和英国等国家的国际合作产生了负面影响。其“Betweenness”指标在2000–2020年间分别下降了40.38%和17.14%，这表明疫情对这两个国家的国际合作网络造成了冲击。尽管如此，中国在疫情后仍保持了较高的研究产出和国际合作水平，其在2020–2024年间发表的论文数量和国际合作比例均有所提升。这表明，中国在全球CCUS研究中的地位得到了进一步巩固。

### 研究局限与未来展望

尽管本文通过文献计量学方法对CCUS研究进行了系统分析，但仍存在一些局限性。首先，研究仅基于Web of Science数据库，未涵盖Scopus、PubMed等其他重要数据库，这可能导致CCUS研究覆盖不全。其次，研究仅关注同行评审的期刊文章，忽略了专利和实际工程项目的贡献。未来的研究可以考虑整合多数据库，以提高分析的全面性和客观性。

此外，文献计量学方法在处理某些新兴概念时可能存在偏差。例如，直接空气捕集（DAC）、生物能源与碳捕集和储存（BECCS）等概念，由于在Web of Science数据库中被归类为更广泛的CCUS领域，因此在关键词分析中可能被低估。未来的研究可以采用动态关键词检测、机器学习辅助的术语识别和多数据库覆盖，以更准确地捕捉这些新兴技术。

最后，本文未对CCUS各子技术（如碳捕集、储存、运输和利用）的成熟度进行详细评估。虽然文献计量学方法能够揭示研究趋势和合作模式，但无法提供具体技术的成熟度分析。未来的研究可以结合技术成熟度评估（TRL）和国际部署情况，以更全面地了解CCUS技术的发展状况。

### 结论

综上所述，CCUS作为应对全球气候变化的重要技术手段，其研究呈现出多学科交叉、国际合作紧密和研究热点不断演变的特点。中国在全球CCUS研究中的地位不断提升，成为推动该领域发展的关键力量。同时，新冠疫情对CCUS研究产生了复杂的影响，既带来了挑战，也促使各国加强国际合作。未来，随着技术的不断进步和政策的持续支持，CCUS有望在全球碳减排中发挥更加重要的作用。然而，研究仍需进一步完善，以提高分析的全面性和准确性。