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碳捕集与封存

碳捕集与封存（英语：Carbon capture and storage， 简称CCS）指的是种过程 - 把工业产生（例如由燃烧化石燃料或是生物质所产生者）相对纯净的二氧化碳（CO2）分离后加以处理，再运输到某些地点长期封存。[2]（p. 2221）通常这类二氧化碳是从大型点源（例如化学工厂或生物质工厂）内所捕获，经处理后再储存在深层地质结构（英语：geological formation）中。如此做的目的是减少温室气体排放进入大气，以缓解气候变化。

全球建议二氧化碳截存（所有不同深度灰色系列）相对于已经实现（所有不同深度蓝色系列）的比较。天然气处理厂的截存达成率超过75%，其他工业项目实成率约为60%，发电厂的约为10%。[1]

直接从工业来源（例如水泥窑（英语：Cement kiln））捕集二氧化碳的技术有多种，包括吸附、化学循环（参见化学循环燃烧（英语：Chemical looping combustion#CO2 capture））、薄膜气体分离（英语：membrane gas separation）或气体水合。[3][4]截至2022年，全球二氧化碳排放量中约有千分之一经CCS技术捕集，大多数项目是在天然气处理（英语：Natural-gas processing）厂内运作。[5]（p. 32）目前这种碳捕集技术的成功率通常在50%至68%之间，[6]但有些项目的成功率已超过95%。[7]

反对者指出许多CCS项目未能实现其承诺的减排量。[8]此外，反对者认为碳捕集与封存只是种幌子，把仅有边际减排效果的技术作为可无限期使用化石燃料的借口。

碳捕集与利用（Carbon capture and utilization，简称CCU）和CCS有时被统称为“碳捕获、利用和截存”（carbon capture, utilization, and sequestration，简称CCUS）。因为CCS是种成本相对昂贵的工艺，其生产出来的东西往往又过于便宜，[9]这使得在碳定价足够高的地方（例如在欧洲大部分地区）进行碳捕集才具有经济上的意义，[5]或者是加以利用，让廉价的二氧化碳能用于生产高价值的化学品，以抵消捕集作业所花费的成本。[10]

二氧化碳可储存在深层地质结构中，或是转化为矿物碳酸盐的形式后再储存。有种热裂解碳捕集和储存（英语：Pyrogenic carbon capture and storage）（简称PyCCS，参见#Technology部分）工艺也在研究之中。[11]深层地质结构目前被认为是最具前景的封存地点。美国国家能源技术实验室（NETL）称，按照目前的生产速度，在北美洲可供储存二氧化碳的地点足以应付900多年的产量。[12]而对这种储存技术，普遍会产生的问题是这类在海底或是地下储存的做法，其长期安全性难以预测，而且有不确定性，因为仍存在一些二氧化碳会泄漏的风险。[13][14][15]尽管如此，最近发布的报导及研究报告估计大量泄漏的风险相对不高，且基于缓解气候变化的理由，CCS仍值得进行。[16][17][何时？]

用语来源

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所谓碳捕集与封存这一用语，也称为二氧化碳捕集与封存（carbon dioxide capture and storage），后者是国际标准化组织（ISO）所推荐的用法，（参见ISO 27917，[18]）因为它更准确：目标是捕集二氧化碳，而非捕集碳。此用语的定义是："将相关工业和能源来源产生相对纯净的二氧化碳 (CO2) 流分离（捕集）、调整、压缩，并运送到适当地点储存，以长期与大气隔离的过程。"[2]（p. 2221）CCS的用语及概念与生物能源与碳捕获和储存（简称BECCS）、碳截存（Carbon sequestration）和二氧化碳移除（也称为负排放）有关联。

碳捕集与利用（CCUS）指的是捕集二氧化碳，处理后供进一步使用的过程。[19]

CCS和CCUS两种用语通常可互换使用。[20]两者之间的区别在于后者把所捕集的碳提出"利用"的概念 - 例如用于提高原油采收率（简称EOR）、具有制造液体燃料的潜力，或制造有用的消费产品（例如塑料）。

目的

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这种技术用于捕集由发电厂、工厂、使用燃料的产业和大型集约式畜牧设施所排放的二氧化碳，以减少温室气体排放进入大气。

在减缓气候变化中的作用

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主条目：[[:气候变化情景]]和[[:共享社会经济路径]]

采用CCS，是为把气候变化的影响缓解。大规模实施CCS，在达成稳定气候，缓解负面影响方面可发挥重要作用。 CCS的主要作用是拉长由使用化石燃料转换为可持续能源的过程，而把转型成本降低。对于在本世纪内要达到大气中二氧化碳浓度为430-480百万分比（ppm）/年的情景，仅实施默认技术的假设将会比采用CCS技术的成本高出29-297%。[21][22]巴黎协定的目标是要实现比第一次工业革命之前的平均气温升高不超过2.0°C的目标。如果要及时实现此目标，必须利用CCS，而在2060年至2070年之前实现净零排放（达到碳中和）的目标。 而在2060-2070年之后，需要实现负排放才能维持地球升温不高于2.0°C的目标。在其间采用的方法很大程度上由所使用的气候变化电脑模型和预期的能源消耗模式所决定。但人们普遍认为如果要缓解任何负面的气候变化影响，就需利用CCS。[23]

想把全球升温控制在不超过第一次工业革命前平均温度的1°C，现在看来是不可想像。因为截至2017年，全球气温已上升1°C。[24]由于我们无法立即将温度控制在不超过1°C的目标，下一个符合实际的目标就是1.5°C。将升温保持在1.5°C以下的情​​况具有挑战性，但并非不可能。[25]

针对不超过2.0°C的目标，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）已开发出共享社会经济路径（SSP），为代表性浓度路径（RCP）模型的综合工作添加社会经济维度。所有SSP中所假设的情景都显示不再依赖有增无减的化石燃料，即不包含CCS的过程。 [25]

为在2100年之前实现升温不超过1.5°C的目标，必须把以下假设列入考虑：排放量必须在2020年达到峰值，然后下降，因而有必要将二氧化碳净排放量减少到零，在21世纪下半叶实现负排放。为实现这些假设目标，使用化石燃料的工厂必须采用CCS的做法。由于要达到升温不超过1.5℃的目标，必须更严格实施减排，因此可采用生物能源与碳捕获和储存（BECCS）等技术，以及植树造林等自然气候解决方案来实现全球减排。[26]对于把上限控制在1.5°C之内，BECCS有其必要。模型估计纵然有BECCS的帮助，大气中仍有150至12,000吉吨（Gt，十亿吨）的二氧化碳需要去除。[25]

技术组合

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捕集

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直接在点源捕集二氧化碳（例如大型碳基能源设施、二氧化碳排放量大的行业（例如水泥生产、炼钢[27]）、天然气处理、合成燃料工厂和由化石燃料生产氢气（英语：Hydrogen production）工厂）最具成本效益。从空气中捕集二氧化碳在技术上可行，[28]但空气中二氧化碳的浓度远较燃烧所产生者为低，让实施工程复杂，成本昂贵。[29]目前碳捕集项目的净封存效率可达到6%~56%。[30]

二氧化碳流中的杂质（如硫和水分）可能对流程产生重大影响，并会对管道和储槽造成腐蚀。在二氧化碳中有杂质的情况下，尤其是由空气捕集时，一开始就需对烟道气采取分离杂质的做法。[31]

人们正在探索各种分离杂质的技术，包括气相分离、液体吸收和固体吸附，以及混合工艺（例如吸附/薄膜系统）。[32]进行这类捕集的方式有三种：燃烧后捕集（英语：Post-combustion capture）、燃烧前捕集和富氧燃烧工艺（英语：Oxy-fuel combustion process）：[33]

  • 所谓燃烧后捕集是在化石燃料燃烧之后才把二氧化碳移除 - 这是种适用于燃烧化石燃料来发电的方案。二氧化碳是从发电厂或其他点源的烟道气中捕集。这技术已广为人知，目前也用于其他工业，但规模小于商业用的规模。燃烧后捕集方式广受研究，可针对目前使用化石燃料的发电厂进行改造，把CCS技术作为减排的一种选项。[34]
  • 燃烧前捕集技术广泛应用于化肥、化学、气体燃料（H2（氢气）、CH4（甲烷））和电力生产等领域。[35]在这些情况下，化石燃料先被部分氧化（例如透过气化作用）。生成的合成气（CO（一氧化碳）和H2）中的CO与添加的水蒸汽（H2O）反应并转化为CO2（二氧化碳）和H2。由此产生的二氧化碳可从相对纯净的废气流中捕集。 H2可用作燃料，二氧化碳在燃烧前即被捕集。此法与燃烧后捕集法相比，有几个优点和缺点。[36][37]而在燃烧后捕集、是在烟气膨胀至大气压之前，即把二氧化碳移除。这类膨胀前的捕集（即从加压气体中捕集）是几乎所有工业二氧化碳捕集工艺的标准，其规模与发电厂所采用的规模相同。[38][39]
  • 富氧燃烧方式，[40]是把燃料置在在纯氧而非一般空气中燃烧。为将产生的火焰温度限制在传统燃烧常见的水平，冷却的烟气会被重新注入燃烧室循环燃烧。烟气主要由二氧化碳和水蒸气组成，水蒸气经过冷却会凝结。结果剩下的是几乎纯净的二氧化碳流。采用富氧燃烧方式的发电厂工艺有时被称为"零排放"循环，因为捕集的二氧化碳不是从烟道气流中去除的部分（如燃烧前和燃烧后捕集的情况），而是烟道气流本身（水已冷凝后的近纯净二氧化碳）。但不可避免，会有一定比例的二氧化碳进入冷凝水中。为保证"零排放"，必须对此类水进行适当处理或是处置。

分离技术

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主条目：脱二氧化碳装置（英语：Carbon dioxide scrubber）、直接空气捕获、碳污染缓解（英语：Carbon pollution mitigation）、胺气处理（英语：Amine gas treatment）、薄膜气体分离（英语：Membrane gas separation）和金属有机框架材料

提出的主要碳捕集技术有：[3][41][42]

其中吸收（化学法）（即加胺脱碳）是主要的捕集技术，是迄今唯一已达工业化应用的碳捕集技术。[43]主要是用乙醇胺 (MEA) 溶液来捕集二氧化碳，其比热容在3-4J/( kg·K )（焦耳每千克开尔文） 之间，主要是因大部分的成分是水。[44][45]较高的热容量会增加溶剂再生步骤中所需的能量惩罚（energy penalty）。

在CCS成本中，捕集所需的约占三分之二，而成为部署CCS设施的限制条件。由于运输和储存在CCS中属于相当成熟的步骤，因此将捕集程序优化可显著提高CCS的可行性。[46]

另一种方法是化学循环燃烧（CLC）。 使用金属氧化物作为固体氧载体。金属氧化物颗粒在流化床燃烧器中与固体、液体或气体燃料反应，产生固体金属颗粒以及二氧化碳和水蒸气的混合物。水蒸气被冷凝，留下纯二氧化碳，再做截存。固体金属颗粒循环到另一个流化床，在那里与空气反应，产生热量并再生为金属氧化物颗粒，然后返回燃烧器。化学循环的一种变体是钙循环，它使用氧化钙作载体，做碳酸化和煅烧间的反复循环。[47]

在2019年所做的一项研究，把两种生产电力方法的能源投资回报（英语：Energy return on investment） (EROEI) 做估计，并把运营和基础设施使用能源成本列入考虑，发现采用CCS的工厂效率比不上可再生电力的生产效率。可再生电力生产包括太阳能和风能，具有充足的储能设施，以及可调度的电力输送。因此可扩充的可再生电力加上储存设施的快速扩张将比采用化石燃料加上CCS会有更好的效益。但该研究没把这两种选项是否可并行实施列入考虑。[48]

在吸附增强水煤气变换（英语：sorption enhanced water gas shift） (SEWGS) 技术中，使用固体吸附的燃烧前碳捕集过程与水煤气变换反应（英语：water gas shift reaction）(WGS) 结合，以产生高压氢气流。[49]这种技术产生的二氧化碳流可被储存，或是用于其他工业过程。[50]

压缩

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二氧化碳经捕集后，通常会先压缩成超临界流体。经压缩过的二氧化碳便于运输。压缩是在捕集所在地完成。压缩过程需要用到自有能源。压缩与捕集阶段一样，是通过增加寄生负载（英语：parasitic load）来达成。二氧化碳压缩是种能源密集型过程，涉及使用复杂多阶段压缩机和电动冷却过程。[51]

运输

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大量的高压二氧化碳会透过管道输送。

例如美国在2008年使用大约5,800公里的二氧化碳管道，挪威使用一条160公里长的管道[52]将二氧化碳输送到石油生产地点，然后注入旧油田，加压以泵出石油。这种采油法称为提高原油采收率法。目前也在开发试点计划，测试在非产油的地质结构中长期储存之用。英国议会科学技术办公室（英语：Parliamentary Office of Science and Technology）将管道视为英国的主要运输二氧化碳方式。[52]

在2021年，Navigator CO2 Ventures和Summit Carbon Solutions两家公司计划在美国中西部兴建从北达科他州到伊利诺伊州的管道，把乙醇生产厂所产出的液化二氧化碳注入位于伊利诺伊州的多孔岩石中储存。[53]

运输过程中泄漏

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传输管道有泄漏或是破裂的可能。可在管道上安装远程控制阀门，以限制某一段管道的释放量。例如一段被切断，长达8公里，口径为19英寸的管道可在大约3-4分钟内释放出1,300吨的二氧化碳。[54]

封存（储存）

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主条目：碳截存

人们已经设想出多种永久储存二氧化碳的方法。包括于深层地质结构（包括盐层和废弃气田）中的气体储存，以及将二氧化碳与金属氧化物反应，产生稳定碳酸盐的固体储存。对于候选地点，需要预先评估的三大因素是封存容量、封存效率和注入效力。 [55]所谓地质封存，涉及的是把二氧化碳（通常以超临界流体形式）注入深层地质结构中，包括油田、天然气田、盐层、无法开采的煤层和充满卤水的玄武岩层。在分子水平上，二氧化碳的分子被证明会影响到注入地层的机械特性。[56]物理（例如，高度不渗透的盖层）和地球化学捕集机制可防止二氧化碳逸出到地表。[57]

无法开采的煤层可作为储存二氧化碳之用，二氧化碳分子会附着在煤碳表面。如此做的技术可行性取决于煤层的渗透性。在吸收过程中，煤碳会释放出先前吸收的甲烷，因此可采收甲烷（提高煤层甲烷回收率法（英语：Enhanced coal bed methane recovery））。甲烷收入可抵消一部分作业成本，但甲烷是种强大的温室气体，在采收的过程中要避免其泄漏进入大气。[58]

盐层含有矿化卤水，目前尚未能对人类产生益处。在少数情况下，卤水含水层会偶尔被用来储存化学废弃物。卤水含水层的主要优点是其庞大的储存能力，且普遍存在，但主要缺点是人们对其知之甚少。为让储存成本保持在可接受的范围内，地球物理勘探可能会受限，而导致对含水层结构存有更多的未知。储存在此处与储存在油田或煤层的不同，无法产生副产品以抵消储存成本。如结构封存、残余封存、溶解度封存和矿物封存等机制可将二氧化碳固定在地下，并降低泄漏风险。 [57] [59]

提高原油采收率

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偶尔会有把二氧化碳注入油田作为提高石油采收率的技术，[60]虽然因此燃烧开采出的时候会产生温室气体排放，[61]但因此执行的CCS措施有可能将此部分抵销。[62]

几十年以来，会利用注入二氧化碳进入深层地质结构中，以提高石油/天然气采收率，但这种做法会因燃烧天然气或石油时产生更多温室气体排放，而受到批评。[5]

储存过程中的泄漏风险

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长期封存

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IPCC估计管理得当的储存地点，其泄漏风险与当前采收碳氢化合物活动相关的风险相当。IPCC建议对可能发生的泄漏量设下限度。[63]然而由于缺乏经验，这种建议存在争议。[64][65]二氧化碳可被困住达数百万年的时间，虽然有发生一些泄漏的几率，但适当的封存地点可保留99%以上的二氧化碳，期间超过1,000年。[66]

以矿物形式的储存被认为无任何泄漏风险。[67]

在挪威的斯莱普纳气田（英语：Sleipner gas field）是全球历时最久的工业级封存项目。在运行十年后所进行的环境评估，结论是透过地质封存是永久性封存方法中最明确的形式：

现有的地质信息显示在乌兹拉沙层（Utsira formation（卤水储层）[68]沉积之后，没再发生重大地壳板块事件，即表示地质环境构造稳定，适合二氧化碳封存。卤水溶解度捕集是最长久、最安全的地质储存形式。[69]

挪威国家石油公司于2009年3月发布一项研究报告，记录经过10多年的运行后，储存的二氧化碳在地层中缓慢扩散的情况。[70]

泄漏进入大气中的气体可通过大气气体监测来检测，并可通过涡流协方差（英语：eddy covariance）通量测量而予以量化。</ref>[71][72]

突发泄漏的风险

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注入储存地点的管道可安装止回阀，以防止当上游管道损坏时，储层内二氧化碳会不受控制往外泄漏。

大规模二氧化碳排放会带来窒息风险。例如发生在当时位于东德的1953年孟真格拉奔钾盐矿事故（英语：1953 Menzengraben mining accident），有数千吨二氧化碳由矿坑内被释放，导致几百米范围内发生三起死亡事件（一起由碎片残骸造成，二起由窒息造成）。[54][73]另一事故于2008年某周六清晨发生在德国的门兴格拉德巴赫，一大型仓库中的二氧化碳工业灭火系统发生故障，释放50吨二氧化碳，当时无工人在现场，进场救火的消防人员戴有呼吸器而无恙，但工厂外有几位消防人员以及14位居民因吸入浓厚二氧化碳而倒地，需要救护。[54]

成本

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成本是影响是否装置CCS设施的重要因素。 CCS本身的成本加上任何补助必须低于二氧化碳排放产生的成本才能被认为具有经济价值。

CCS技术预计将会耗用发电厂所产生电力的10%至40%。.[74][75]CCS所耗用的能源称为能源惩罚。据估计，约60%的惩罚由捕集过程耗用，30%由压缩二氧化碳耗用，其余10%由泵和风扇耗用。[76]CCS会让采用的工厂增加约15%的燃料需求（天然气处理厂）。[77]据估计，这种额外燃料的成本以及储存和其他系统成本将让采用发电厂的能源成本增加30-60%。

兴建CCS项目需要大量资本投入​​。一个大型CCS示范项目，在整个生命周期内的成本预计为0.5至11亿欧元。21世纪初针对燃煤发电厂的CCS试验在大多数国家[78]（包括中国[79]）均为经济上不可行，部分原因是随着2020年油价暴跌，提高原油采收率的收入大幅下降。[80]据估计，要让工业规模的CCS可行，每吨二氧化碳的碳定价至少要到100欧元的水平，[81]还需加上设置环保关税。[82]但截至2022年中期，欧盟碳抵销配额（英语：EU Allowance）从未升到该价格，欧盟碳边境调整机制也尚未施行。[83]但一家生产小型CCS装置的公司声称其到2022年进入大规模生产阶段时，所需的成本可远低于前述价格。[84]

根据英国政府在2010年代末所做的估计，预计到2025年的碳捕集（不包括储存）成本将让燃气发电厂的电力成本增加7英镑/兆瓦时，但大多数由此捕集的二氧化碳需要储存，因此以天然气或生物质发电的成本总共会增加50%左右。[85]

商业模式

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工业碳捕集二氧化碳的可能商业模式包括：[86]

  • 由英国政府投资的Low Carbon Contracts Company与低碳发电厂签订CfD

差价合约（contract for difference），设定价格（strike price），通常期限为15年，希望借此吸引业者加入投资[87]

  • 成本加成合约书（Cost Plus open book）[88]
  • 监管资产基础 (RAB，此模式允许开发商在政府监管下从公用费率抽取营收，因此于兴建过程就可先得到资金支援，而降低资金的需求)[89]
  • CCS交易税收抵免
  • 可交易CCS证书+义务（英国）[90]
  • 打造低碳市场

各国政府为CCS示范项目提供各种资金，包括税收抵免、拨款和赠款。[91]

清洁发展机制

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有项透过国际机构支持CCS的方案 - 通过《京都议定书》的清洁发展机制。在2010年联合国气候变化大会（COP16）过程中，附属科学技术咨询机构（Subsidiary Body for Scientific and Technological Advice）第三十三届会议发布一份文件草案，建议将CCS纳入清洁发展机制项目活动的地质构造章节中。[92]之后在南非德班举行的2011年联合国气候变化大会（COP17）时达成最终协议，CCS纳入清洁发展机制，因而得到支持。[93]

环境影响

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碱性溶剂

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二氧化碳可在低温下于吸收装置中用碱性溶剂捕集，并在较高温度下由脱附装置中释放。通过与任何烟道气中存在的二氧化氮发生反应而会释放挥发性亚硝胺和硝酰胺，这两种物质有致癌的作用。[94]蒸气压很小或没有的情况就可避免这类排放。通常烟道气脱硫设备可将其中95%的二氧化硫清除。[95]

天然气加工和提高原油采收率

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能源经济与金融分析研究所（Institute for Energy Economics & Financial Analysis）[96]批评一些公司并未报告使用其产品过程中会产生的温室气体排放量。[5]（p. 33）天然气加工中产生的二氧化碳通常在捕集后，用于提高原油/天然气采收率（EOR）。[5]有人建议在提高采收率时只能使用使用人为二氧化碳，并且只在能产生负排放的情况下才能获得财政激励（例如税收抵免），这类财政激励通常只会发生在项目的最初几年。[97]

燃气和燃煤发电厂

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全球依赖燃烧化石燃料的发电厂所排放的二氧化碳总量非常巨大，燃煤发电厂烟气中通常含有10-14%的二氧化碳，而燃气发电厂的则含有4-5%的二氧化碳。[5]（p. 37）每吨二氧化碳的成本会因容量因子降低而随之增加（例如尖峰负载发电厂或紧急发电系统（英语：emergency power system）使用的机会通常较常规的电厂为少）。[5]（p. 42）

汽电共生发电（英语：Combined cycle power plant） (NGCC) 厂的CCS所需的额外能源需求范围为11%至22%。[98]天然气开采所需的燃料使用和环境问题（例如甲烷排放）也会相应增加。配备选择性催化还原法系统来处理燃烧过程中产生的氮氧化物的工厂[99]则需用到大量的氨。

在2020年所做的一项研究，其结论是燃煤发电厂安装的CCS数量可能只有燃气发电厂的一半，这类情况主要发生在中国和印度。[100]在2022年所做的一项研究，其结论是在中国的燃煤发电厂装置CCS的成本会非常高。[101]

对于超临界高压蒸气燃煤（PC）发电厂，CCS的能源需求范围为24%至40%，而对于整体煤气化联合循环（IGCC）系统则为14%至25%。[98]开采煤炭所带来的燃料使用和环境问题也随之增加。配备用于控制二氧化硫的烟气脱硫 (FGD) 系统的工厂需要使用更多的石灰石，而针对燃烧过程中产生氮氧化物的选择性催化还原法的系统则需要使用更多的氨。截至2022年，位于加拿大的边界大坝发电厂（英语：Boundary Dam Power Station）是世界唯一采用燃烧后捕集二氧化碳设施的燃煤发电厂。[5]（p. 42）

监控

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监控可在泄漏发生时立即发现，并且发出警告，而让外泄数量能控制在最小的程度。监测的工作可在地表以及地下进行。[102]

地下监测

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地下监测可直接和/或间接方式监视储层的状态。一种直接方式是透过钻孔以收集样本。由于岩石的物理特性，让钻探产生高昂的成本。而且仅能提供特定位置的数据。

一种间接方法是把声波或电磁波向储层发射，然后将反射回来的资料加以判读。这种方法可提供更大区域的数据，但有精度较低的缺点。

直接和间接监测两种都可采间歇或是持续的方式来进行。[102]

人工震波监测

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人工震波检测法是间接检测方法中的一种。利用震波器（英语：seismic vibrator）在地面产生震波，或是在竖井内使用偏心旋转器（英语：Rotating unbalance）产生震波来达到目的。这些震波会穿过地质层，之后反射回来，再由置于地表或是竖井内传感器记录下以供研究。[103]这种监测可识别出二氧化碳气流的移动路径。[104]

地质封存地点以人工震波监测的案例有位于北海的斯莱皮诺封存项目（英语：Sleipner sequestration project）、位于美国休斯顿东北部，名为Frio Pilot二氧化碳注入试验和位于澳大利亚维多利亚州名为CO2CRC Otway的项目。[105]震波监测可确认给定区域内二氧化碳的存在并绘制其横向分布图，但在浓度方面则不敏感。

示踪剂

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使用不具放射性或是镉成分的有机化学示踪剂，在CCS项目的注入阶段执行，把二氧化碳注入既有的石油或天然气田，用于EOR、压力支撑，或是储存。这种示踪剂与二氧化碳兼容，同时又与二氧化碳，或是地下存在的其他分子截然不同，可作区别。使用具有极高示踪剂检测能力的方法，在生产井定期取样，可检测注入的二氧化碳是否已从注入点转移到到油气生产井。因此可用少量的示踪剂即足以监测大规模的地下流动模式。这种方法非常适合监测CCS项目中二氧化碳的状态和可能的迁移。示踪剂可为CCS项目提供帮助，确定二氧化碳是否确实位于在指定地下所在。这种技术已被用于监测和研究阿尔及利亚、[106]、荷兰[107]和挪威 (白雪号气井（英语：Snøhvit）) CCS项目的动态。

地表

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涡流协方差通量测量是种表面监测技术，可测量地表的二氧化碳通量。它涉及测量二氧化碳浓度及使用风速仪测量垂直风速，[108]而得到二氧化碳垂直通量的数据。涡流协方差塔把植物的光合作用和呼吸等自然碳循环因素等因素排除后，如果发生泄漏情况，会检测得到。涡流协方差技术的一个例子是在2012年发表报告中提及在美国受控环境下所做的浅层地下水释放测试。[109]另一种类似的方法是使用容器累积进行现场监测。这些密封容器被定着在地面，入口和出口气流连接到气体分析仪。[102]同时也测量垂直通量。如要监控一个大型站点，则需要需放置多个容器，组成网络。

干涉合成孔径雷达

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干涉合成孔径雷达（InSAR）监测法为使用人造卫星向地球表面发送信号，信号在地球表面受到反射而折回卫星接收器，卫星借此可测量该点与卫星间的距离。[110]将二氧化碳注入地质结构的深层会产生高压，而会影响其上方和下方的地层，让地表景观产生微细变动。在储存二氧化碳的地区，其地表经常会因高压而发生上升。而人造卫星可透过侦测此类距离而察觉到变动。[110]

社会与文化

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2021年反对CCS的示威活动（由环保团体Otway Climate Emergency Action Network (OCEAN) 发动，反对名为CO2CRC Otway的CCS项目所举行的座谈会），项目设置地点于澳大利亚维多利亚州。
 
上述抗议示威活动的另一张相片。

社会认可度

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多项研究指出在风险和收益的感知是产生社会接受度最重要的因素。[111]

风险认知主要是与担忧安全问题有关，包括运作带来的危害以及二氧化碳泄漏的可能性，这可能会危及位于设施附近的社区、商品和环境。[112]其他感知风险与旅游业和财产价值有关。[111]对CCS的公众看法出现在其他有争议的气候变化应对的技术中，例如核子动力发电、风能发电和气候工程学。[113]

已经受到如干旱等气候变化影响的人们，[114]往往会更支持CCS。在有CCS设施的当地社区则对经济因素，包括创造就业机会、旅游业或相关投资很敏感。[111]

经验是另一种相关特性。多项实地研究发现的现象是已参与或是习惯于此产业的人们较会接受这种技术。但受到任何工业活动负面影响的社区会给予CCS较少的支持。[111]

公众中少有人了解CCS。也因此而可能会产生误解，而造成较低的认可度。目前尚无强有力的证据把对CCS的了解与公众接受度作联系。但有项研究发现，传达有关监测的信息往往会对态度产生负面影响。[115]相反的，当把CCS与自然界（二氧化碳封存）作比拟时，认可似乎可被加强。[111]

对于CCS项目，非政府组织和研究人员通常比利益相关者和政府能获得公众更高的信任。而非政府环保组织（英语：ENGO）对于CCS的意见不一。[116][117]此外，信任和接受之间的联系至多是有间接的关系。但信任会影响对风险和收益的感知。[111]

CCS受到浅层生态学世界观（与深层生态学有不同的见解）的拥护，[118]提倡寻找解决气候变化影响的方案，而非解决其成因，或是解决成因后的附加做法。CCS涉及先进技术的使用，且普遍为技术万能主义者（英语：Technological utopianism）所接受。 CCS是一种"末端"解决方案，[111]可减少大气中的二氧化碳，而不是最大限度减少使用化石燃料。[111][118]

伊隆·马斯克于2021年1月21日宣布将捐赠1亿美元，作为最佳碳捕集技术的奖励。[119]

政治辩论

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自20世纪90年代初《联合国气候变迁纲要公约》(UNFCCC)谈判开始以来，政治参与者就开始讨论CCS，且仍是个非常有分歧意见的问题。[120]

由于二氧化碳需要长期储存，一些环保组织对泄漏的可能性表达担忧，并把CCS与储存核电厂的放射性废料相提并论。[121]

在2022年IPCC第六次评估报告中，为将全球气温升高控制在2°C以下的大多数途径包括使用二氧化碳移除技术（NET）。[122]而在2023年5月6日发表的第六次评估报告的综合报告也强调CCS在解决气候变化影响的重要性。[123]

一些环保活动家和政治家批评CCS是解决气候危机的错误方案。他们提出化石燃料行业在此类技术和游说以CCS为重点立法中的作用，并认为这将让此行业经资助和参与植树活动等来"漂绿"自己，而不需大幅减少碳排放。[124][125]

碳排放现状

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反对CCS者声称这种做法让产业界得以合法继续使用化石燃料，违背减排的承诺。[126]

发生在挪威等一些案例显示CCS和其他碳消除技术获得关注，因为这类做法可让业者持续追求石油工业方面的利益。挪威是减排的先驱，并于1991年制定碳税的机制。[127]

非政府环保组织

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各非政府环保组织之中并未普遍同意把CCS作为一种潜在的气候缓解工具。主要分歧发生在CCS是否可减少二氧化碳排放，或只是继续使用化石燃料的借口。[128]

例如绿色和平强烈反对CCS。据该组织称这类技术将导致世界继续依赖化石燃料。[129][130] 另一方面，IPCC在一些设定的情景中运用BECCS以协助达到缓解目标。[131]总部设于挪威的贝罗纳基金会（英语：Bellona Foundation）采纳IPCC的论点，即要在2050年减少二氧化碳排放以避免严重后果，CCS是种可用的缓解行动。[129]基金会声称使用化石燃料在短期内不可避免，因此CCS是减少二氧化碳排放的最快速的做法。[112]

CCS项目示例

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主条目：碳捕集与封存项目列表（英语：List of carbon capture and storage projects）

根据全球CCS研究所（Global CCS Institute）[132]的数据，在2020年当年约有4,000万吨二氧化碳CCS相关产能在运行，每年有5,000万吨二氧化碳处理产能在开发中。[133]而世界每年排放约380亿吨二氧化碳，,[134]因此推算的是CCS捕获当年二氧化碳排放量的约千分之一。欧洲的钢铁业在CCS做法中占主导地位，[9]但这个行业也采用其他的脱碳方法。[135]

最著名的CCS失败案例之一是FutureGen（英语：FutureGen）计划，由美国联邦政府与煤炭能源生产公司之间的合作伙伴关系，旨在展示"清洁煤炭"，但从未能用煤炭生产所谓的无碳电力。 [136][137]

相关概念

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碳捕获与利用（CCU）

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本节摘自碳捕集与利用。

碳捕获与利用（CCU）是捕集二氧化碳，经加工后供进一步使用的过程。[138]碳捕获与利用可设置在各重要固定式（工业）排放源处，以应对降低温室气体排放的挑战。[139]

生物能源与碳捕获和储存

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本节摘自生物能源与碳捕获和储存。

生物能源与碳捕获和储存（BECCS）是从生物质中提取能源并且把碳从大气中捕集以及储存的做法。[140]BECCS可作为一种"负排放技术（二氧化碳移除技术）"（NE​​T），[140]生物质中的碳来自其生长时的碳固定作用 - 从大气中提取的温室气体（二氧化碳来）完成。当以燃烧、发酵、热裂解或其他转化方法利用生物质时，就能取得如电、热和生物燃料等有用的能量（"[生物能源]]"）。

直接由大气碳捕集与封存（DACCS）

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本节摘自直接空气捕获。

直接空气捕获 (DAC) 是透过化学或物理过程直接从环境空气中补集二氧化碳。[141]如果捕集的二氧化碳随后被安全长期封存（称为直接空气碳捕集与封存（DACCS）），整个过程将达到移除二氧化碳的目的，成为"负排放技术"（NE​​T）。截至2022年，DAC的做法尚未产生盈利，因为使用这种做法的成本是碳定价的数倍。

直接从环境空气中捕集二氧化碳（DAC）与碳捕集与封存 (CCS) 形成鲜明对比，后者仅从点源（例如水泥厂或生物能源厂）捕集二氧化碳。DAC在捕集二氧化碳之后，会加以压缩成为二氧化碳流，用于封存或利用或生产碳中性燃料和用于发电，再进行电转气。当环境空气与化学介质（通常是水性碱溶剂[142]或吸附剂[143]）接触时，即可移除二氧化碳。在DAC过程中，化学介质随后通过应用能量（即热量）将二氧化碳分离，之后将二氧化碳脱水和压缩，而化学介质经再生后可再度利用。

参见

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