从技术发展的历程来看，碳捕获与封存技术最早起源于20世纪70年初：美国德克萨斯州将二氧化碳气体注入地下岩层，用于提高石油开采的采收率。同时，二氧化碳地质存储也被作为温室气体减排的可选方案被一些科研学者提出，但在其后所开展的研究工作并不多。后来，随着人们对气候变化问题的认识和重视程度不断提高，20世纪90年代初碳捕获与封存的概念逐渐得到了社会各界的认可。目前，碳捕获与封存技术已被广泛认为是一种潜在的、可供选择的温室气体减排技术方案。2005年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了《二氧化碳捕获与封存（CCS）特别报告》，在报告中对碳捕获与封存的定义是：碳捕获与封存（CCS）是指在二氧化碳排入大气前，从工业或相关能源的源分离出来，并输送到安全的封存地点，保持长期与大气隔绝的一个过程。总体来说，碳捕获与封存由三个阶段构成，即：二氧化碳分离捕获、二氧化碳运输和二氧化碳封存。
1.二氧化碳分离捕获 二氧化碳分离捕获的目的是产生能运输到封存地点的高压二氧化碳浓缩液，其主要对象是火力发电、钢铁、水泥、炼油、石化等二氧化碳集中排放源。目前，针对电厂排放的二氧化碳分离捕获系统主要有三大类：燃烧后系统、燃烧前系统及富氧燃烧系统。燃烧后系统从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体中分离二氧化碳，该类系统通常使用液态溶剂来捕获二氧化碳。燃烧前系统先是在一个有蒸汽和空气或氧的反应器中处理一次燃料，制备出主要成分为一氧化碳和氢的混合气体，然后在第二个反应器内通过一氧化碳与蒸汽反应生成氢和二氧化碳，最后从混合气体分离出二氧化碳；该类系统可在整体煤气化联合循环发电厂（IGCC）使用。富氧燃烧系统采用氧气代替空气进行一次燃烧，产生以水汽和二氧化碳为主的烟道气体，然后通过对气流进行冷却压缩清除水汽，目前该技术还处在实验阶段。图3-1给出了三类二氧化碳分离捕获系统的工作流程。
图3-1 三类二氧化碳捕获系统流程示意图
2.二氧化碳运输 除非碳捕获源工厂直接位于地质封存地上部，否则必须将前一阶段收集到的二氧化碳运送到合适场所进行封存。目前，二氧化碳的运输方式主要有：管道运输、船舶运输和公路铁路运输三种。管道运输是一种比较成熟的技术，也将是运输二氧化碳最常用的方法。典型的做法是将气态二氧化碳施加8兆帕以上的压力进行压缩，以避免二相流和提升二氧化碳的密度，便于运输和降低成本。在某些情况或地点，使用船舶运输二氧化碳从经济角度讲更具吸引力，其技术要求与石油液化气（LPG）运输大体相似，压力保持在0.7兆帕，由于需求有限，目前船舶运输的规模并不大。公路铁路运输在技术上也可行，一般将二氧化碳存储在-20℃和2兆帕环境下的绝缘罐中进行运输，与前两种方式相比公路铁路运输的经济性较差，不大可能用于大规模碳捕获与封存。
3.二氧化碳封存 目前，碳封存技术主要有三大类：地质封存、海洋封存、矿石碳化及工业应用。地质封存是将二氧化碳压缩液注入地下岩石构造中。含流体或曾经含流体（如天然气、石汕或盐水等）的多孔岩石构造（如枯竭的油气储层）都是潜在的封存二氧化碳地点的选择；在沿岸和沿海的沉积盆地（充有沉积物的地壳内的大规模天然凹地）中也存在合适的封存构造；目前，在煤床中封存二氧化碳提高甲烷生产的技术方案正处在示范阶段。海洋封存是一种潜在的二氧化碳封存方法。该方法是将捕获的二氧化碳直接注入深海（深度在1000米以上）：通过管道或船舶将二氧化碳运输到海洋封存地点，从那里再把其注入海底，被溶解和消散的二氧化碳随后会成为全球碳循环的一部分。目前，该封存方法还处于理论研究和实验模拟阶段。工业利用与矿石碳化包括两种方式，一种方式是利用化学反应将二氧化碳转化为固体无机碳酸盐；另一种方式是直接或者以生产各种含碳化学物填料形式加以利用。但目前这两种存储方法均受限于工业生产规模和市场需求，无法满足未来大规模二氧化碳封存要求。下图给出了碳捕获与封存技术综合实施方案示意图。
图3-2 碳捕获与封存技术综合实施方案示意图
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