Karbonfangst og -lagring

Karbonfangst og håndtering er et bidrag for å bremse global oppvarming ved å fange karbondioksid (CO₂) fra for eksempel kullkraftverk og lagre det i stedet for å slippe det ut i atmosfæren. Teknologi for å fange CO₂ i stor skala er allerede kommersielt tilgjengelig og godt utviklet. Selv om CO₂ tidligere har blitt injisert i geologiske formasjoner for ulike formål, er langsiktig lagring av CO₂ et relativt uprøvd konsept og (2010) ingen store kraftverk driftes med full Karbonfangst og håndtering.
Karbonfangst og håndtering brukes om det å skille ut CO₂ fra en gass-strøm for å lagre denne i underjordiske geologiske reservoar. På norsk benyttes også uttrykket CO₂-håndtering om prosessen eller fagområdet som helhet, mens den engelske betegnelsen «Carbon Capture and Storage» (CCS) er den vanlige begrepet internasjonalt. Slik teknologi er under utprøving allerede, blant annet ved Mountaineer kullkraftverk i Vest-Virginia i USA. Hensikten med karbonfangst og -lagring er å redusere utslipp av CO₂ til jordens atmosfære ved permanent lagring under bakken eller havbunnen. Relevante objekter for CO₂-håndtering er kraftverk og fabrikker drevet av fossilt brensel samt prosessindustri.
I 2007 ble det statlige foretaket Gassnova opprettet i Norge med formål å forvalte statens interesser knyttet til CO₂-håndtering. Som en oppfølging av klimaforliket i Stortinget i 2008, ble det året etter opprettet åtte forskningssentre for miljøvennlig energi (FME-sentrene). To av disse omhandler på ulike måter CO₂-håndtering;  Mens SUCCESS er dedikert CO₂-lagring i undergrunnen, så har BIGCCS forskningsaktivitet som favner hele CO₂-kjeden knyttet til karbonfangst, transport og lagring.
Karbonfangst og håndtering brukt på et moderne konvensjonelt kraftverk kan redusere CO₂-utslippene til atmosfæren med 80–90 prosent sammenlignet med et anlegg uten CCS. CO₂-rensing krever mye energi og ville øke brenselbehovet i et anlegg med 11–40 prosent. Disse og andre systemkostnader er estimert til å øke kostnaden på energi fra et nytt CCS-kraftverk med 21–91 prosent. Disse beregningene gjelder for spesialbygde anlegg nær lagringsstedet – å anvende teknologien  på eksisterende anlegg eller anlegg langt fra lagringsstedet vil bli dyrere.
Lagring av CO₂ foregår enten i dype geologiske formasjoner, dyphav, eller i form av mineral karbonater. I tilfelle av dyphavslagring er det en risiko for sterk forverring av problemet med forsuring av havet, som også skyldes overskudd av karbondioksid allerede i atmosfæren og havet. Geologiske formasjoner blir ansett for å være det mest lovende lagringsstedet, og disse er estimert å ha en lagringskapasitet på minst 2000 Gt CO₂ (i dag slippes det ut 30 Gt per år CO₂ på grunn av menneskelig aktivitet.) 
FNs klimapanel (IPCC) estimerer at det økonomiske potensialet med CCS kan være mellom 10 % og 55 % av det totale karbon mitigation innsatsen inntil år 2100 (Avsnitt  8.3.3 i IPCC rapporten).

CO2-transport

Etter fangsten må CO₂-en transporteres til et egnet lagringssted. Transporten skjer gjennom rørledning, som vanligvis er billigste form for transport, eller med skip når rørledning ikke er tilgjengelig. Begge metoder brukes for å transportere CO₂ i andre sammenhenger.

CO2-lagring

Ulike former benyttes for permanent lagring av CO₂. Disse omfatter gasslagring i ulike dype geologiske formasjoner (deriblant saline formasjoner og uttømte gassfelter), væskelagring i havet, og lagring av fast stoff ved reaksjon av CO₂ med metalloksider for å produsere stabile karbonater.

Geologisk lagring

Også kjent som geo-sequestration. Denne metoden består av injisering av karbondioksid, ofte i supercritical form, direkte inn i undergrunnen i geologiske formasjoner. Oljefelter, gassfelter, saline formasjoner, ikke-drivverdige kullag og salin-fylte basaltformasjoner har vært foreslått som lagringssteder. Her vil ulike fysiske (f.eks. impermeabel takbergart) og geokjemiske fangstmekanismer forhindre at CO₂ slippes opp til overflaten. CO₂ injiseres enkelte steder i uttømte oljefelter for å øke oljeutvinningen. Denne løsningen er attraktiv fordi lagringskostnadene utlignes av salget av tilleggsolje som blir utvunnet. Ulemper med gamle oljefelter er den geografiske lokaliseringen og begrenset kapasitet.
Ikke-drivverdige kullsømmer kan brukes til å lagre CO₂ ettersom CO₂ absorberes til kulloverflaten. Men den tekniske løsningen avhenger av permeabiliteten til kullaget. I prosessen frigis tidligere absorbert metan, som kan gjenvinnes. Salget av metanen oppveier for kostnadene med CO₂-lagring.
Saline formasjoner inneholder mineralisert porevann, og regnes for unyttige. Hovedfortrinnet med saline formasjoner er deres store potensielle lagringsvolum og hyppige forekomst. Dette vil redusere avstanden CO₂-en må transporteres. Hovedulempen med saline formasjoner er lite kunnskap, sammenlignet med oljefelter.

Lagring i havet

Et annet karbonlager er i havet. To hovedkonsepter finnes. 'Oppløsning' type injiserer CO₂ med skip eller rørledning til vannsøylen på dybder 1000 m eller mer, og CO₂ oppløses. 'Innsjø' type dumper CO₂ på havbunnen på dybder større enn 3000 m, hvor CO₂ har større tetthet enn vann og vil danne en 'innsjø' som vil utsette utslippet av CO₂ til miljøet. Et tredje konsept er å omdanne CO₂ til bikarbonater (med kalkstein) eller hydrater.
Miljøeffektene med havlagring er generelt negative. Store konsentrasjoner av CO₂ dreper havorganismer, og CO₂ løst i havvann vil over tid likevektes med CO₂ i atmosfæren slik at lagringen ikke blir permanent. Noe CO₂ reagerer med vannet til karbonsyre, H₂CO₃, slik at surhetsgraden i havvannet øker.

Lekkasje

Et alvorlig problem med CCS er om lekkasje av lagret CO₂ utelukker CCS som en løsning for å motvirke klimaendringer. For velegnede lagringssteder estimerer IPCC at CO₂ kan fanges i millioner av år, og det kan sannsynligvis beholde over 99 prosent av den injiserte CO₂-en over 1000 år. For lagring i havet vil lagringsevnen av CO₂ avhenge av dybden. IPCC estimerer 30–85 prosent vil være igjen etter 500 år for dybder på 1000–3000 m. Minerallagring antas å ikke ha noen lekkasje.

CCS-eksempelprosjekter

Per 2005 er tre industri-skala lagringsprosjekter i drift. Sleipnerfeltet i Nordsjøen er det eldste prosjektet (1996) hvor Norges Statoil trekker ut karbondioksid fra naturgass med aminløsninger og lagrer dette karbondioksid i en salin formasjon. Karbondioksidet er et avfallsprodukt av feltets naturgassproduksjon og gassen inneholder mer (9 % CO₂) enn tillatt i naturgass- fordelingsnettverket. Lagring under bakken løser dette problemet og sparer Statoil hundreder av millioner euro i karbonskatt. Sleipner lagrer en million tonn CO₂ per år.
Weyburnprosjektet startet i 2000 har en beliggenhet i et oljereservoar som ble funnet i 1954 i Weyburn, sørøstlige Saskatchewan, Canada. CO₂ for dette prosjektet er lagret ved anlegg i Beulah (Nord-Dakota) som har produsert metan fra kull i mer enn 30 år. Ved Weyburn vil CO₂ også bli brukt for økt oljegjenvinning med en injeksjonsrate på 1,5 millioner tonn per år.
Den tredje lokaliteten er In Salah, som liksom Sleipner er et naturlig gassreservoar i In Salah i Algerie. CO₂ vil bli separert fra naturgassen og re-injisert i undergrunnen med en hastighet på 1,2 millioner tonn per år.
Et større kanadisk initiativ kalt Integrated CO₂ Network (ICO2N) er et foreslått system for fanging, transport og lagring av karbondioksid (CO₂). ICO2N medlemmer representerer en gruppe av industrifolk som lager et rammeverk for karbonfanging og lagring i Canada.
I oktober 2007 mottok Bureau of Economic Geology ved The University of Texas i Austin et 10-års, $38 millioners delkontrakt for å lede det første intenst undersøkte, langsiktige prosjektet i USA om muligheten for injisering av et stort volum av CO₂ for lagring i undergrunnen. Prosjektet er et forskningsprogram til Southeast Regional karbon Sequestration Partnership (SECARB), finansiert av National Energy Technology Laboratory i U.S. Department of Energy (DOE). SECARB partnership vil vise CO₂ injiseringshastighet og lagringskapasitet i Tuscaloosa-Woodbine geologisystemet som strekker seg fra Texas til Florida. Regionen har potensial til å lagre mer enn 200 milliarder tonn CO₂ fra store punktkilder i regionen, tilsvarende 33 år av USAs utslipp. Med oppstart høsten 2007 vil prosjektet injisere CO₂ med en hastighet på en million tonn per år i opptil halvannet år, inn i porevann opptil 3000 m under landoverflaten nær Cranfield oljefelt omtrent 25 km øst for Natchez, Mississippi. Laboratorieutstyr vil måle evnen til undergrunnen til å ta imot og oppbevare CO₂.
USAs regjering har godkjent byggingen av hva de hevder å være verdens første CCS kraftverk, FutureGen.
Carbon Trap Technologies, L.P., («CTT»)  ble dannet tidlig i 2007 for å utvikle og å markedsføre en teknologi for å kjemisk sequester karbondioksid utslipp fra fossilt brenselutslipp, og samtidig produsere brukbare produkter med betydelig markedsverdi.
I Nederland er et 68 MW oxyfuel anlegg («Zero Emission Power Plant») planlagt og ventes operasjonelt i 2009.
På Mongstad er det planlagt å bygge anlegg for CO₂-oppsamling fra eksisterende oljeraffineri og planlagt gasskraftverk. Statoil anslår kostnadene opp mot 25 milliarder kroner og varsler miljøbelastning for et slikt anlegg.