能源科學領域之國際學術研究熱點

導讀
本文將透過科睿唯安公司出版基本科學指標資料庫所提供的研究前沿來分析全球能源科學領域的學術研究發展趨勢。透過追蹤與整理全球能源領域的最重要科學研究和學術論文,將可以呈現詳細的研究趨勢與脈絡軌跡,以掌握當前能源科技創新的方向與熱門議題。
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一、研究主題篩選方法

要如何從全球學術論文中探索未來的技術發展趨勢與反映出當前科學家重點關注之方向,透過引文分析(citation analysis)將可提供政策制定者與科研人員一種客觀的參考數據。本文章使用科睿唯安(Clarivate Analytics)公司出版基本科學指標資料庫 1 (Essential Science Indicators, ESI)所提供的研究前沿(research fronts),來篩選出能源科學領域的熱門研究主題與新興研究主題。ESI資料庫使用聚類分析法(cluster analysis)歸納出近五年期間高被引論文 2 (highly cited papers)之間的共被引關係而形成的高被引論文的集合,稱該論文之集合為核心論文,再針對該組高被引論文題目中的主要關鍵詞進行分析,最後形成一組對應的研究前沿。本文章針對2018年11月ESI資料庫的9,662組研究前沿進行能源科學領域的盤點,各研究前沿中的核心論文分佈期間為2013年1月1日至2018年10月31日的全球前1%的高被引論文,經由總引用數和總論文數來排序前10名的研究前沿,解析近五年的能源熱門主題和近兩年的能源新興主題,如圖1所示。

圖1 以ESI資料庫篩選出前十大熱門與新興研究主題的方法

二、能源領域研究主題解析

透過總被引用數的排序,盤點出ESI資料庫中全球前10大能源領域的研究前沿,以了解目前能源科學領域的重要研究主題。前10大能源領域的熱門研究主題總被引用數皆大於4,000次,而每個研究主題的論文平均被引用數皆大於180次,代表這些研究主題在能源領域是具有高度影響力的。在解讀各熱門研究主題後可以發現,能源領域的研究目前著重於太陽能電池、發光二極體、超級電容器、鋰離子電池、鈉離子電池、燃料電池、奈米發電機。其中太陽能電池的主題就包含多種材料的開發,包含鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池與非富勒烯聚合物太陽能電池。而透過各研究前沿的核心論文數進行排序,可以發現頁岩氣的開採、廢棄電子產品之循環再利用、液流電池、聚光太陽能熱發電和溫室氣體轉化液態燃料也是重要的研究主題,總被引用數皆大於1,000次,且可發現有些能源研究主題透過國家政策的推動而有相當多的成果產出,例如中國國家能源局在2012年3月頒布「頁岩氣發展規劃(2011-2015年)」,在十二五計畫期間要完成全國頁岩氣資源潛力評估探勘,目標是在2020年達到頁岩氣年開採600-1000億立方米。

表1 全球能源科學領域前10大熱門研究主題
資料來源:ESI資料庫(2018/11)、本研究團隊整理(2019)。

為進一步解析全球能源科學研究的最新趨勢,將以平均出版年在2017年1月以後且選取總被引用數排名前10名的研究前沿作為新興能源主題進行解析(如表2)。透過研究前沿的總被引用數的排名,新興能源研究群組可分為還原二氧化碳、頁岩氣的開採、全固態超級電容器、太陽能電池、鋰硫電池與鋅空氣電池。值得注意的是如何製造出高效能的觸媒以還原二氧化碳是一個關鍵議題,新興研究主題第1名和第10名的核心論文平均被引用數達80次以上,非常受到研究學者的關注。上述兩個研究前沿的研究方法分別使用半導體金屬氧化物和石墨烯氮化物以增強光催化還原二氧化碳形成碳氫化合物和含氧化合物,如甲醇、乙醇等,透過光催化還原二氧化碳的研究主題除了可以減少石化產業生產過多的二氧化碳,也可將造成溫室效應的二氧化碳重新轉化為具經濟價值的綠色能源與化學原料,形塑為一個良好的碳循環生態系。而在前10大新興研究主題中,儲能科技的研究主題佔了4個名次,核心論文共有20篇,總被引用數802次,平均被引用數為40次,儲能科技主要分為(1)開發高容量、高能量與高穩定性的鋰硫電池;(2)開發固態電解液的超級電容器與鋅空氣電池。在鋰硫電池的發展核心技術包含金屬有機骨架(MOF)、非多孔性氮氧雙摻雜碳材料、多層結構奈米碳管等。另外,透過各研究前沿的核心論文數進行排序,發現各式材料的太陽能電池在技術突破上有許多的研發成果,例如:提高有機太陽能電池的能量轉換效率、開發高效能的非富勒烯太陽能電池、生產低成本的鈣鈦礦太陽能電池與提升染料敏化型太陽能電池的續航力,各新興能源主題皆有5篇以上的核心論文數,顯示太陽能發電是科學家積極投入的新興研究主題。

表2 全球能源科學領域前10大新興研究主題
資料來源:ESI資料庫(2018/11);本研究團隊整理(2019)。

三、結語

本文經由檢視ESI資料庫中的研究前沿,可整理出近五年內全球專家學者對於能源科學領域的前10大熱門研究主題與新興研究主題,如圖2所示。能源領域的研發重點以再生能源和儲能系統為主,包含太陽能電池、奈米發電機、鋰離子電池、鈉離子電池、燃料電池等,可以了解當前的能源科技發展將朝向綠色能源,以降低化石能源所帶來的環境汙染。本文透過前沿研究所挖掘出能源科學領域在近期的發展重點,可協助政策決策者在選擇未來研發經費需投入的重要議題,也可提供科研人員持續掌握學研界的能源研究階段性成果與未來發展趨勢。

圖2 彙整ESI資料庫中能源科學領域之熱門與新興研究主題

註解

註1:ESI資料庫:以Web of Science中的「SCIE」和「SSCI」子資料庫為基礎,透過計算被引用次數的方式來篩選出各領域頂尖文章、機構、期刊、學者的資料庫。

註2:高被引論文:過去10年間,同年度、同學科領域中被引用次數排名於全球前1%的論文。

參考文獻
  • 林明宜 (2019)。神經科學領域之國際研究趨勢剖析。資料取自:https://portal.stpi.narl.org.tw/index/article/10461
  • 科睿唯安 (2018)。Essential Science Indicators資料庫。資料取自:https://esi.clarivate.com/IndicatorsAction.action
  • 陳仕誠、林倞、葉家顯 (2020)。能源科學領域之研究前沿分析。
  • 經濟部能源局 (2017)。能源發展綱領。資料取自:https://www.moeaboe.gov.tw/ECW/populace/news/News.aspx?kind=2&menu_id=56&news_id=2565
  • 賴志遠、陳冠嘉 (2014)。看工程領域學術發展與研究熱點。資料取自:https://portal.stpi.narl.org.tw/index/article/29
  • ARPA-E (2018). Latest ARPA-E NEWS. Retrieved fromhttps://arpa-e.energy.gov/?q=media/latest-arpa-e-news&page=1
  • EU (2018). Strategic Energy Technology Plan. Retrieved from https://ec.europa.eu/energy/en/topics/technology-and-innovation/strategic-energy-technology-plan
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