二氧化碳的捕获与存储（CCS）作为缓解气候变化的一个有潜力的方案，受到世界范围内越来越广泛的关注，特别是CCS技术预期的未来成本具有重要意义。在化石燃料发电厂中应用CCS技术尤其重要，因为这样的电厂占了大型二氧化碳固定排放源的主要部分[48]。CCS不是一个全新的技术，美国每年通过提高石油开采率技术可以封存8.5Mt碳量[49]。如今，CCS技术被普遍认为是工业化国家发展的一个重要方法[50]。据说，未来征收碳税的政策将导致具有最低建设成本的CCS技术取得优势；目前建成的电厂应该能捕获二氧化碳，新的火力发电厂只能建成IGCC型。而且，对原来不具备二氧化碳捕获功能的现存火力发电厂的改造主要需要从技术上进行改进，不论是采用SCPC技术还是IGCC技术[51]。可以肯定的是，在限碳制度环境下，煤炭的未来需要两步技术改革：第一步是在燃煤发电厂实现二氧化碳的捕获；第二步捕获的二氧化碳的存储[52]。
3.3.1 碳捕获
人为排放的二氧化碳很容易被捕获，主要来自大型固定燃烧装置中燃料的燃烧，以及非燃烧工业排放源，如水泥制造、天然气生产、制氢等[53]。二氧化碳捕获的主要目的是在高压下产生二氧化碳聚流，以便输送到储存站[54]。目前商业化的二氧化碳捕获系统可以使发电厂中二氧化碳排放每度电减少85%～90%[55]。捕获过程中的额外能源消耗被视作为能量损失，占能量输出的15%～40%[56]。
二氧化碳捕获的潜力强烈依赖于世界能源可持续发展政策的实施。到2050年二氧化碳潜在捕获量的预计如表2.4所示。表2.4中的结果显示，到2050年实际的全球二氧化碳捕获量为240×109t，欧洲为30×109t。2050年与现在相比，全球二氧化碳的排放将减少37%，欧洲将减少56%。表2.4所列结果表明，仅通过实现CCS是达不到IPCC提出的到2050年将温室气体的排放减少50%以上这一目标[57]。
表2.4 二氧化碳捕获和减排潜力
①与2005年相比，2050年CO2排放的减少量
目前，从化石燃料的燃烧中捕获二氧化碳的方式主要有3种：燃烧前捕获、燃烧后捕获、富氧燃烧捕获[58]。每一种捕获技术都有其优缺点，总结如表2.5所示[59]。对于传统火力发电厂，在锅炉中二氧化碳的体积浓度大约是15%，燃烧后捕获技术可能是最合适的方案[58]。计划在鲁尔区（德国的西部），欧洲最重要的工业区之一，采用具有悠久历史的煤炭发电技术建立一些火力发电厂（700MW的设备容量和700公顷的占地面积）。发电厂中二氧化碳捕获的目的是压缩后通过300km的管道传输到德国北部，那里有一个采空的天然气田。因为收集的数据不足，只能大概估计其封存步骤。采用比现在更高效的二氧化碳捕获技术的未来情景（2020年）如表2.6所示[60]。
表2.5 燃烧前捕获，燃烧后捕获和富氧燃烧优缺点比较
表2.6 在2020年矿石燃料发电厂的数据
㊀ a指“年”（译者注）。
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3.3.2 二氧化碳的存储
与二氧化碳的捕获技术相比，储存过程的经济和技术缺陷较少，因此，只进行简短的讨论[50]。储存方法必须遵循一些关键标准[61]：
（1）储藏周期应该拉长，最好成百上千年；
（2）储存成本，包括从资源地到储存地的运输成本应最小化；
（3）消除事故危险性；
（4）环境的影响应该最小化；
（5）储存的方法不应该违反任何国内或国际的法律法规。
二氧化碳地质储存的出现是碳减排最有前途的方案之一[62]。不同地质储存方法的适用性很大程度上依赖于经济可行性。通过注入二氧化碳提高采油率或采气率是增加经济可行性的一种方案。经济可行性和在煤层中长期储存二氧化碳的安全性随许多地质因素而变化，包括煤层的深度和厚度、煤炭的类型和等级、二氧化碳的储存量和流动性、甲烷和其他可开采的碳氢化合物的体积、盆地结构、水文特征。此外，将大量的二氧化碳注入到煤炭中可能会影响未来煤层的开采。
三个工业规模的二氧化碳地质储存项目（规模为1Mt/a以上的项目）正在进行中：挪威北海的Sleipner项目、加拿大的Weyburn项目、阿尔及利亚的In Salah项目。大约每年有3～4Mt的原来要被释放到大气中的二氧化碳现在被捕获储存到地质结构中。其他的一些项目如表2.7所示[54]。
表2.7 已经被建成的、正在进行中的或正在计划中的二氧化碳储存场所，从小的试验到大规模的商业应用
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