從技術發(fā)展的歷程來看，碳捕獲與封存技術最早起源于20世紀70年初：美國德克薩斯州將二氧化碳氣體注入地下巖層，用于提高石油開采的采收率。同時，二氧化碳地質存儲也被作為溫室氣體減排的可選方案被一些科研學者提出，但在其后所開展的研究工作并不多。后來，隨著人們對氣候變化問題的認識和重視程度不斷提高，20世紀90年代初碳捕獲與封存的概念逐漸得到了社會各界的認可。目前，碳捕獲與封存技術已被廣泛認為是一種潛在的、可供選擇的溫室氣體減排技術方案。2005年，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發(fā)布了《二氧化碳捕獲與封存（CCS）特別報告》，在報告中對碳捕獲與封存的定義是：碳捕獲與封存（CCS）是指在二氧化碳排入大氣前，從工業(yè)或相關能源的源分離出來，并輸送到安全的封存地點，保持長期與大氣隔絕的一個過程?？傮w來說，碳捕獲與封存由三個階段構成，即：二氧化碳分離捕獲、二氧化碳運輸和二氧化碳封存。

1.二氧化碳分離捕獲 二氧化碳分離捕獲的目的是產生能運輸?shù)椒獯娴攸c的高壓二氧化碳濃縮液，其主要對象是火力發(fā)電、鋼鐵、水泥、煉油、石化等二氧化碳集中排放源。目前，針對電廠排放的二氧化碳分離捕獲系統(tǒng)主要有三大類：燃燒后系統(tǒng)、燃燒前系統(tǒng)及富氧燃燒系統(tǒng)。燃燒后系統(tǒng)從一次燃料在空氣中燃燒所產生的煙道氣體中分離二氧化碳，該類系統(tǒng)通常使用液態(tài)溶劑來捕獲二氧化碳。燃燒前系統(tǒng)先是在一個有蒸汽和空氣或氧的反應器中處理一次燃料，制備出主要成分為一氧化碳和氫的混合氣體，然后在第二個反應器內通過一氧化碳與蒸汽反應生成氫和二氧化碳，最后從混合氣體分離出二氧化碳；該類系統(tǒng)可在整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠（IGCC）使用。富氧燃燒系統(tǒng)采用氧氣代替空氣進行一次燃燒，產生以水汽和二氧化碳為主的煙道氣體，然后通過對氣流進行冷卻壓縮清除水汽，目前該技術還處在實驗階段。圖3-1給出了三類二氧化碳分離捕獲系統(tǒng)的工作流程。

圖3-1　三類二氧化碳捕獲系統(tǒng)流程示意圖

2.二氧化碳運輸 除非碳捕獲源工廠直接位于地質封存地上部，否則必須將前一階段收集到的二氧化碳運送到合適場所進行封存。目前，二氧化碳的運輸方式主要有：管道運輸、船舶運輸和公路鐵路運輸三種。管道運輸是一種比較成熟的技術，也將是運輸二氧化碳最常用的方法。典型的做法是將氣態(tài)二氧化碳施加8兆帕以上的壓力進行壓縮，以避免二相流和提升二氧化碳的密度，便于運輸和降低成本。在某些情況或地點，使用船舶運輸二氧化碳從經(jīng)濟角度講更具吸引力，其技術要求與石油液化氣（LPG）運輸大體相似，壓力保持在0.7兆帕，由于需求有限，目前船舶運輸?shù)囊?guī)模并不大。公路鐵路運輸在技術上也可行，一般將二氧化碳存儲在-20℃和2兆帕環(huán)境下的絕緣罐中進行運輸，與前兩種方式相比公路鐵路運輸?shù)慕?jīng)濟性較差，不大可能用于大規(guī)模碳捕獲與封存。

3.二氧化碳封存 目前，碳封存技術主要有三大類：地質封存、海洋封存、礦石碳化及工業(yè)應用。地質封存是將二氧化碳壓縮液注入地下巖石構造中。含流體或曾經(jīng)含流體（如天然氣、石汕或鹽水等）的多孔巖石構造（如枯竭的油氣儲層）都是潛在的封存二氧化碳地點的選擇；在沿岸和沿海的沉積盆地（充有沉積物的地殼內的大規(guī)模天然凹地）中也存在合適的封存構造；目前，在煤床中封存二氧化碳提高甲烷生產的技術方案正處在示范階段。海洋封存是一種潛在的二氧化碳封存方法。該方法是將捕獲的二氧化碳直接注入深海（深度在1000米以上）：通過管道或船舶將二氧化碳運輸?shù)胶Ｑ蠓獯娴攸c，從那里再把其注入海底，被溶解和消散的二氧化碳隨后會成為全球碳循環(huán)的一部分。目前，該封存方法還處于理論研究和實驗模擬階段。工業(yè)利用與礦石碳化包括兩種方式，一種方式是利用化學反應將二氧化碳轉化為固體無機碳酸鹽；另一種方式是直接或者以生產各種含碳化學物填料形式加以利用。但目前這兩種存儲方法均受限于工業(yè)生產規(guī)模和市場需求，無法滿足未來大規(guī)模二氧化碳封存要求。下圖給出了碳捕獲與封存技術綜合實施方案示意圖。

圖3-2　碳捕獲與封存技術綜合實施方案示意圖