การดักจับและการจัดเก็บคาร์บอน
การดักจับ

การดักจับ CO2 น่าจะมีประสิทธิภาพมากที่สุดในจุดที่เป็นแหล่งกำเนิด เช่นโรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลขนาดใหญ่หรือโรงไฟฟ้าพลังงานชีวมวล หรือโรงงานอุตสาหกรรมที่มีการปล่อย CO2 เป็นหลัก หรือในกระบวนการแปรรูปก๊าซธรรมชาติ หรือโรงงานผลิตเชื้อเพลิงสังเคราะห์ ((อังกฤษ: Synthetic fuel (synfuel)) หมายถึงเชื้อเพลิงเหลว หรือบางครั้งเป็นก๊าซ ที่ได้มาจากก๊าซสังเคราะห์ กับส่วนผสมของคาร์บอนมอน็อกไซด์และไฮโดรเจน ก๊าซสังเคราะห์จะได้มาจากกระบวนการเปลี่ยนของแข็งเช่นถ่านหินหรือชีวมวลให้เป็นก๊าซ หรือจากการแปรรูปก๊าซธรรมชาติ)และโรงงานผลิตไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงฟอสซิล การสกัด(หรือการกู้คืน) CO2 จากอากาศก็เป็นไปได้ แต่ไม่ได้ในทางปฏิบัติอย่างมาก ความเข้มข้นของ CO2 จะลดลงอย่างรวดเร็วถ้าไกลออกไปจากแหล่งกำเนิด ความเข้มข้นที่ต่ำลงจะไปเพิ่มปริมาณการไหลของมวลอากาศที่จะต้องทำการดักจับ (ต่อตันของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่สกัดได้)
CO2 เข้มข้นที่ได้จากการเผาไหม้ถ่านหินในออกซิเจนจะค่อนข้างบริสุทธิ์ และสามารถเข้าสู่การแปรรูปได้โดยตรง สิ่งสกปรกในสายธาร CO2 อาจมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อพฤติกรรมของขั้นตอนของพวกมันและอาจก่อให้เกิดภัยคุกคามที่สำคัญต่อการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้นของท่อและวัสดุที่ทำบ่อ ในกรณีที่สิ่งสกปรกมี CO2 ปนอยู่และโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการดักจับอากาศ กระบวนการฟอก (อังกฤษ: scrubbing process) จะต้องนำมาใช้
สิ่งมีชีวิตที่ผลิตเอทานอลโดยการหมักจะสร้าง CO2 ที่เย็นและบริสุทธิ์เป็นหลักจะสามารถถูกสูบไปเก็บไว้ใต้ดินได้ การหมักจะผลิต CO2 น้อยกว่าเอทานอลโดยน้ำหนักเพียงเล็กน้อย
อย่างกว้าง ๆ มีเทคโนโลยีสำหรับการฟอกอยู่สามประเภทที่แตกต่างกัน ได้แก่: หลังการเผาไหม้, ก่อนการเผาไหม้และการเผาไหม้แบบ oxyfuel
ใน'การดักจับแบบหลังการเผาไหม้' CO2 จะถูกกำจัดออกหลังจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล - การดำเนินการแบบนี้จะนำไปใช้กับโรงไฟฟ้าที่เผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ในโรงไฟฟ้าดังกล่าวแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกดักจับจากก๊าซที่ปล่องควัน (อังกฤษ: flue gas) ที่โรงไฟฟ้าหรือจากแหล่งที่มาขนาดใหญ่อื่น ๆ เทคโนโลยีนี้เป็นที่เข้าใจกันดีและขณะนี้ถูกนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรมอื่น ๆ แม้ว่าจะไม่ได้อยู่ในระดับเดียวกันกับที่ใช้กับโรงไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์
เทคโนโลยีสำหรับ'ก่อนการเผาไหม้'ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงงานผลิตปุ๋ยเคมี ผลิตก๊าซเชื้อเพลิง (H2, CH4) และการผลิตไฟฟ้า ในกรณีเหล่านี้ เชื้อเพลิงฟอสซิลจะถูกออกซิไดซ์บางส่วน เช่นในเครื่องเปลี่ยนเป็นก๊าซ (อังกฤษ: gasifier) ก๊าซสังเคราะห์ (อังกฤษ: syngas) (CO และ H2) ที่ได้จะถูกเลื่อน (อังกฤษ: Water gas shift reaction (shifted)) ให้เป็น CO2 และ H2. CO2 ที่ได้นี้จะถูกดักจับจากกระแสไอเสียที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ ส่วน H2 ตอนนี้ก็สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกกำจัดออกก่อนที่การเผาไหม้จะเกิดขึ้น มีหลายข้อดีและข้อเสียเมื่อเทียบกับการดักจับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์แบบหลังการเผาใหม้ที่ใช้กันทั่วไป CO2 สามารถถูกกำจัดออกหลังจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล แต่ก่อนที่ก๊าซจะขยายไปสู่​​ความดันบรรยากาศ วิธีการนี​​้จะนำไปใช้กับโรงไฟฟ้าที่เผาเชื้อเพลิงฟอสซิลสร้างใหม่หรือโรงไฟฟ้าที่มีอยู่เดิมแต่วิธีการจ่ายเชื้อเพลิงยังเป็นตัวเลือก การดักจับก่อนการขยายตัว เช่นจากก๊าซแรงดันสูงเป็นมาตรฐานในเกือบทุกกระบวนการจับ CO2 ทางอุตสาหกรรมในระดับเดียวกับที่ใช้ในโรงไฟฟ้​​าสาธารณูปโภค
ใน'การเผาไหม้แบบ oxy-fuel' เชื้อเพลิงจะถูกเผาไหม้ในออกซิเจนแทนที่จะเป็นอากาศ เพื่อจำกัดอุณหภูมิของเปลวไฟที่เกิดขึ้นให้อยู่ในระดับที่พบทั่วไปในระหว่างการเผาไหม้ธรรมดา ก๊าซปล่องควันที่ถูกทำให้เย็นลงจะหมุนเวียนและถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ ก๊าซปล่องควันจะประกอบด้วยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำเป็นส่วนใหญ่ ไอน้ำจะถูกควบแน่นโดยการทำให้เย็น ผลที่ได้คือกระแสแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกือบจะบริสุทธิ์ที่สามารถเคลื่อนย้ายไปยังสถานที่จัดเก็บและจะถูกเก็บเอาไว้ โรงไฟฟ้​​าที่มีกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับการเผาไหม้แบบ oxyfuel บางครั้งจะถูกเรียกว่ามีวัฏจักร "การปล่อยเป็นศูนย์" เพราะ CO2 ที่เก็บเอาไว้ไม่ได้เป็นส่วนย่อยที่ถูกกำจัดออกจากกระแสก๊าซปล่องควัน (อย่างเช่นในกรณีของการดักจับก่อนและหลังการเผาไหม้) แต่มันเป็นตัวกระแสก๊าซปล่องควันเอง ส่วนย่อยที่แน่นอนของ CO2 ที่เกิดขึ้นในระหว่างการเผาไหม้จะจบลงอย่างไม่มีทางหลีกเลี่ยงได้ในน้ำที่ควบแน่น ในการที่จะรับประกันป้ายที่แจ้งว่า "การปล่อยเป็นศูนย์" น้ำจะต้องได้รับการบำบัดหรือกำจัดอย่างเหมาะสม เทคนิคมีแนวโน้มที่ดี แต่ขั้นตอนการแยกอากาศในช่วงเริ่มต้นมีความต้องการพลังงานมาก
อีกวิธีหนึ่งที่อยู่ระหว่างการพัฒนาคือการเผาไหม้สารเคมีวนลูป (อังกฤษ: chemical looping combustion (CLC)) การวนลูปทางเคมีจะใช้โลหะออกไซด์เป็นตัวขนส่งออกซิเจนแข็ง อนุภาคโลหะออกไซด์จะทำปฏิกิริยากับเชื้อเพลิงแข็งหรือเหลวหรือก๊าซใน'ห้องเผาไหม้ที่ทำเป็นเตียงของไหล' (อังกฤษ: fluidized bed combustor) เพื่อผลิตอนุภาคโลหะที่เป็นของแข็งและส่วนผสมของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์กับไอน้ำ ไอน้ำจะถูกควบแน่น จนได้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์ซึ่งจากนั้นจะสามารถนำไปแยกเก็บได้ อนุภาคโลหะแข็งจะถูกหมุนเวียนไปยังอีกเตียงของไหลหนึ่งที่พวกมันจะทำปฏิกิริยากับอากาศ, ผลิตความร้อนออกมาและสร้างอนุภาคโลหะออกไซด์ขึ้นใหม่ที่ถูกหมุนเวียนเข้าไปใหม่ที่ห้องเผาไหม้ที่ทำเป็นเตียงของไหล การแปรเปลี่ยนของการวนลูปทางเคมีเป็นการวนลูปแคลเ​​ซียมซึ่งใช้การคาร์บอเนชั่นแบบสลับแล้วทำ calcination กับตัวขนส่งที่ทำจากแคลเซียมออกไซด์ตามวิธีการของการดักจับ CO2
มีข้อเสนอทางวิศวกรรมไม่มากในการดักจับ CO2 โดยตรงจากอากาศ ซึ่งยากมากขึ้น แต่งานในลักษณะนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ค่าใช้จ่ายในการดักจับนั้นคาดว่าจะสูงกว่าดักจับจากแหล่งกำเนิด แต่อาจจะเป็นไปได้ในการจัดการกับก๊าซที่ปล่อยจากแหล่งผลิตเช่นรถยนต์และอากาศยาน ในทางทฤษฎีแล้วพลังงานที่จำเป็นสำหรับการดักจับทางอากาศมีมากกว่าการดักจับจากแหล่งกำเนิดเพียงเล็กน้อย ค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นจะมาจากอุปกรณ์ที่ใช้การไหลของอากาศตามธรรมชาติ เทคโนโลยีการวิจัยทั่วโลกแสดงให้เห็นถึงต้นแบบขั้นต้นของเทคโนโลยีการดักจับทางอากาศในปี 2007
การกำจัด CO2 จากบรรยากาศเป็นรูปแบบของวิศวกรรมสภาพภูมิอากาศโดยการฟื้นฟูแก๊สเรือนกระจก เทคนิคประเภทนี้ถ้าใช้คู่กับเทคโนโลยีการกักเก็บคาร์บอนที่มีประสิทธิภาพ อาจจะนำเสนอโซลูชั่นที่ครบวงจรให้กับภาวะโลกร้อน
มันเป็นเรื่องปกติท​​ี่จะเห็นเทคนิคดังกล่าวที่นำเสนอสำหรับการดักจับอากาศมากกว่าสำหรับการบำบัดก๊าซปล่องควัน การดักจับและการเก็บรักษาแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ได้มีการนำเสนอมากกว่าปกติให้กับโรงไฟฟ้าที่เผาไหม้ถ่านหินในออกซิเจนที่สกัดได้จากอากาศ ซึ่งหมายความว่า CO2 มีความเข้มข้นสูงและขั้นตอนการฟอกไม่จำเป็นต้องใช้ อ้างถึงศูนย์ทรัพยากรพลังงาน Wallula ในรัฐวอชิงตัน โดยการเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นก๊าซ มันก็เป็นไปได้ที่จะดักจับประมาณ 65% ของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่ฝังอยู่ในถ่านหินนั้นและเก็บกักมันไว้ในรูปของแข็ง