概述
碳捕集與封存碳捕集與封存（簡稱CCS）是指將大型發電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產生的二氧化碳收集起來，用各種方法儲存以避免其排放到大氣中的一種技術，可以使單位發電碳排放減少85%至90%。CCS技術可以分為捕集、運輸以及封存三個步驟。
研製背景
人類對二氧化碳的消費量是非常有限的，因此人類面臨的一個問題是，由於過度地使用化石原料造成了二氧化碳過多，而人類無法消費多出的龐大的那部分，所以造成了一系列氣候和生態問題。
煙氣二氧化碳捕集技術工作原理，就是讓電廠排放出來的氣體，通過可以吸收二氧化碳氣體的化學物質，對煙氣中二氧化碳進行捕獲，該項技術的二氧化碳回收率可以超過85%，對於減少現有電站的二氧化碳排放具有重要作用。
捕集方式
二氧化碳的捕集方式主要有三種：燃燒前捕集（Pre-combustion）、富氧燃燒（Oxy-fuelcombustion）和燃燒後捕集（Post-combustion）。
燃燒前捕集
北京熱電廠二氧化碳捕集試驗示範裝置二氧化碳的捕集方式主要有三種：燃燒前捕集（Pre-combustion）、富氧燃燒（Oxy-fuelcombustion）和燃燒後捕集（Post-combustion）。燃燒前捕集
燃燒前捕集主要運用於IGCC（整體煤氣化聯合循環）系統中，將煤高壓富氧氣化變成煤氣，再經過水煤氣變換後將產生CO2和氫氣（H2），氣體壓力和CO2濃度都很高，將很容易對CO2進行捕集。剩下的H2可以被當作燃料使用。
該技術的捕集系統小，能耗低，在效率以及對污染物的控制方面有很大的潛力，因此受到廣泛關注。然而，IGCC發電技術仍面臨著投資成本太高，可靠性還有待提高等問題。
富氧燃燒
富氧燃燒採用傳統燃煤電站的技術流程，但通過制氧技術，將空氣中大比例的氮氣（N2）脫除，直接採用高濃度的氧氣（O2）與抽回的部分煙氣（煙道氣）的混合氣體來替代空氣，這樣得到的煙氣中有高濃度的CO2氣體，可以直接進行處理和封存。
歐洲已有在小型電廠進行改造的富氧燃燒項目。該技術路線面臨的最大難題是制氧技術的投資和能耗太高，還沒找到一種廉價低耗的能動技術。
燃燒後捕集
燃燒後捕集即在燃燒排放的煙氣中捕集CO2，如今常用的CO2分離技術主要有化學吸收法（利用酸鹼性吸收）和物理吸收法（變溫或變壓吸附），此外還有膜分離法技術，正處於發展階段，但卻是公認的在能耗和設備緊湊性方面具有非常大潛力的技術。從理論上說，燃燒後捕集技術適用於任何一種火力發電廠。然而，普通煙氣的壓力小體積大，CO2濃度低，而且含有大量的N2，因此捕集系統龐大，耗費大量的能源。
富氧燃燒
富氧燃燒採用傳統燃煤電站的技術流程，但通過制氧技術，將空氣中大比例的氮氣（N2）脫除，直接採用高濃度的氧氣（O2）與抽回的部分煙氣（煙道氣）的混合氣體來替代空氣，這樣得到的煙氣中有高濃度的CO2氣體，可以直接進行處理和封存。歐洲已有在小型電廠進行改造的富氧燃燒項目。該技術路線面臨的最大難題是制氧技術的投資和能耗太高，現在還沒找到一種廉價低耗的能動技術。
燃燒後捕集
燃燒後捕集即在燃燒排放的煙氣中捕集CO2，目前常用的CO2分離技術主要有化學吸收法（利用酸鹼性吸收）和物理吸收法（變溫或變壓吸附），此外還有膜分離法技術，正處於發展階段，但卻是公認的在能耗和設備緊湊性方面具有非常大潛力的技術。從理論上說，燃燒後捕集技術適用於任何一種火力發電廠。然而，普通煙氣的壓力小體積大，CO2濃度低，而且含有大量的N2，因此捕集系統龐大，耗費大量的能源。
運輸方式
碳捕集與封存 運輸捕集到的二氧化碳必須運輸到合適的地點進行封存，可以使用汽車、火車、輪船以及管道來進行運輸。一般說來，管道是最經濟的運輸方式。2008年，美國約有5800千米的CO2管道，這些管道大都用以將CO2運輸到油田，注入地下油層以提高石油採收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）。
封存方法
二氧化碳封存的方法有許多種，一般說來可分為地質封存（Geological Storage）和海洋封存（Ocean Storage）兩類。
地質封存
排放二氧化碳地質封存一般是將超臨界狀態（氣態及液態的混合體）的CO2注入地質結構中，這些地質結構可以是油田、氣田、鹹水層、無法開採的煤礦等。IPCC的研究表明，CO2性質穩定，可以在相當長的時間內被封存。若地質封存點經過謹慎的選擇、設計與管理，注入其中的CO2的99%都可封存1000年以上。
把CO2注入油田或氣田用以驅油或驅氣可以提高採收率（使用EOR技術可提高30%~60%的石油產量）；注入無法開採的煤礦可以把煤層中的煤層氣驅出來，即所謂的提高煤層氣採收率（Enhanced Coal Bed Methane Recovery，ECBM）。
然而，若要封存大量的CO2 ，最適合的地點是鹹水層。鹹水層一般在地下深處，富含不適合農業或飲用的鹹水，這類地址結構較為常見，同時擁有巨大的封存潛力。不過與油田相比，人們對這類地質結構的認識還較為有限。
海洋封存
碳捕集與封存海洋封存是指將CO2通過輪船或管道運輸到深海海底進行封存。然而，這種封存辦法也許會對環境造成負面的影響，比如過高的含量將殺死深海的生物、使海水酸化等，此外，封存在海底的二氧化碳也有可能會逃逸到大氣當中。
二氧化碳運輸
捕集到的二氧化碳必須運輸到合適的地點進行封存，可以使用汽車、火車、輪船以及管道來進行運輸。一般說來，管道是最經濟的運輸方式。2008年，美國約有5800千米的CO2管道，這些管道大都用以將CO2運輸到油田，注入地下油層以提高石油採收率（EnhancedOilRecovery，EOR）。
世界情況
碳捕集與封存截至2009年7月，北半球永凍土層中冷凍碳的儲量可能超過1.5萬億噸，是此前估計的兩倍左右。研究人員表示，這些冷凍碳主要分布在北極以及加拿大、哈薩克斯坦、蒙古國、俄羅斯、美國、格陵蘭等國家和地區，儲量約為目前大氣中碳含量的兩倍。一旦氣溫升高導致永凍土層開始融化，大氣中兩種溫室氣體——二氧化碳和甲烷的含量將急劇增多，從而進一步加速全球變暖。
美國未來發電計畫（FutureGen）
項目原打算在一個260MW的IGCC電廠測試碳捕集技術和CCS系統，目標是將電廠廢氣減少到近零排放的水平。2008年6月30日美國能源局宣布將重新整合未來煤電計畫。美國能源局將只贊助CCS系統，而不再向IGCC電廠投資。
挪威Sleipner項目
Sleipner項目開始於1996年，是世界上首個將CO2封存在地下鹹水深層的商業實例，由挪威國家石油公司運營。該項目每年可封存100萬噸CO2。
德國黑泵電廠項目
這是世界上首個能捕集和封存自身所產生的CO2的燃煤電廠，於2008年9月9日由瑞典瀑布電力公司在德國東北部的施普倫貝格動工建設，電廠裝機容量為30MW。
中國CCS示範項目
中國約有80％的二氧化碳排放來自於燃煤。中國已把“CCS”技術作為前沿技術列入國家中長期科技發展規劃，但與已開發國家相比，中國在二氧化碳利用技術等方面還處於起步階段。
2012年中國首個二氧化碳封存至地下鹹水層的全流程示範工程建成投產為時一年，已累計封存二氧化碳4萬多噸，取得了碳捕獲與封存（CCS）技術領域的突破性進展。
重要突破
2012年8月6日，中國首個二氧化碳封存至地下鹹水層的全流程示範工程建成投產一年多來，已累計封存二氧化碳4萬多噸，取得了碳捕獲與封存（CCS）技術領域的突破性進展。
這個由中國最大的煤炭企業神華集團實施的10萬噸/年“CCS”示範項目，是中國百萬噸級煤直接液化示範項目的環保配套工程，被列為國家科技支撐計畫重點科研項目。
北京大學清潔能源研究院院長張東曉認為，“CCS”有望成為全世界減少碳排放份額最大的單項技術。因為封存工業排放的大量二氧化碳，潛力最大的地質結構就是鹹水層，僅鄂爾多斯盆地下面的鹹水層就能封存幾百億噸的二氧化碳，而這種盆地在中國比較多見。這個示範項目實現長周期運行，將為中國建設煤基低碳能源系統作出積極的探索，有助於其在清潔利用煤炭資源和溫室氣體減排方面做出更多貢獻。
全球發展現狀
據路透社報導，全球碳捕獲與儲存研究所在其本年度關於全球碳捕獲與儲存部署情況的報告中警告說，根據如今的投資水平和監管不確定性來看，從現有的16個項目激增至130個項目的目標是不可能實現的。
該研究所預計，其年度報告中確定的59個項目中，屆時可能只有51個能投入運行，而有些項目則不太可能實施。
“由於碳捕獲與儲存是鐵、鋼和水泥生產等工業領域唯一可用的脫碳技術，因此，無法將溫度升幅僅僅控制在2攝氏度的風險變得更大。”報告說。
許多主要國家的政府未能制定限制碳排放的法規並提高企業的排污成本，這阻礙了私營部門在這項昂貴技術方面的投資。
在美國，兩位總統候選人都在對煤炭行業的支持上大做文章，卻很少提及在碳捕獲與儲存方面的投資，原因在於使用水力壓裂法開採使得頁岩氣產量激增，從而大幅拉低了天然氣價格，推動溫室氣體排放量降至20年來的低點。
根據該調查報告的結果，在過去一年中，全球大規模碳捕獲與儲存項目的數量只增加了1/75。自2011年以來，有8個項目被取消，但新確定了9個項目，其中大部分項目將把捕獲的碳注入地下，以實現石油或天然氣的再開採。美國的碳捕獲項目數量居首，已運行和規劃中的項目達24個，其次是歐洲的21個和中國的11個。
美國和加拿大正在發展的項目主要都是利用捕獲的碳來恢復石油開採。而中國碳捕獲與儲存行動的力度最大，9個新確立的項目中有5個位於中國。
報告還顯示，雖然開發中國家的溫室氣體排放量預計將因人口增多和工業化進程而上升，但其碳捕獲與儲存初期階段的發展取得了一些進展。
19個開發中國家正在實施碳捕獲與儲存項目，但為了實現國際能源署認為的必要的全球減排目標，到2050年，70%的碳捕獲與儲存項目需要部署在非經合組織國家。
該報告指出，英國、聯合國和中國自2011年起已經在制定相關政策，這將有助於更大規模地部署碳捕獲與儲存項目。
英國政府推出了一項綜合政策，希望通過電力市場的改革，推動示範規模的碳捕獲與儲存項目向商業規模擴展。
聯合國的氣候變化機構在今年夏天決定，碳捕獲與儲存項目有資格作為清潔發展機制下的碳抵消項目，從而促使開發中國家採用這一技術來賺取碳信用額。而中國的5年規劃則將碳捕獲與儲存列入了優先政策事項。
但全球碳捕獲與儲存研究所警告說，這些進展並不足以削減碳排放或防止溫度顯著升高。
“儘管碳捕獲和儲存示範項目的投資仍然相當可觀，但卻越來越不穩固，而且現有的資金支持水平所服務的項目將比最初預期的要少。”報告說。
全球碳捕獲與儲存研究所警告說，政府需要做的不僅僅是通過碳定價立法來刺激碳捕獲與儲存方面的投資，同時應該減少賦予低碳技術政策上的優勢——比如可再生能源，它們擁有更多補貼和激勵政策。
