هناك ثلاث طرق رئيسية لاحتجاز ثاني أكسيد الكربون: طريقة ما بعد احتراق الوقود، وطريقة ما قبل احتراق الوقود، وطريقة حرق الوقود بالأكسجين. ولكلٍّ منها مميزاتها وعيوبها. ويعتمد الاختيار على بعض العوامل، مثل نوع محطة الطاقة أو المنشأة الصناعية، والخصائص المحددة للوقود الأحفوري المستخدم، واعتبارات اقتصادية عامة.

• ما بعد الاحتراق: يُعد احتجاز ثاني أكسيد الكربون بعد الاحتراق الطريقة الأكثر شيوعًا، وفيها يتم التقاط ثاني أكسيد الكربون بعد حرق الوقود الأحفوري وتحويله إلى كهرباء أو حرارة. ثم يتم فصل غاز المداخن الناتج إلى تيار مركّز من ثاني أكسيد الكربون باستخدام مادة مذيبة، ثم يتم ضغطه ونقله للتخزين. وكثيرًا ما تُستخدم هذه الطريقة عند تحديث محطات طاقة قائمة بالفعل.
• ما قبل الاحتراق: تتضمن طريقة ما قبل الاحتراق إزالة ثاني أكسيد الكربون قبل حرق الوقود الأحفوري. حيث تتم أكسدة الوقود الأحفوري جزئيًّا قبل الاحتراق، وهو ما يَنتج عنه خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون، ثم يضاف الماء لتحويل أول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون، يسهل احتجازه وتخزينه. وتعد هذه الطريقة أكثر كفاءةً من تقنية ما بعد الاحتراق، لكن تتطلب تجهيزات أكثر تكلفةً وتعقيدًا.
• احتراق الوقود بالأكسجين: تتضمن هذه الطريقة حرق الوقود الأحفوري في الأكسجين النقي بدلًا من الهواء لإنتاج غاز المداخن الذي يتكون بشكل أساسي من ثاني أكسيد الكربون والماء. ثم بعد تكثيف بخار الماء، يتبقى ثاني أكسيد الكربون النقي تقريبًا، والذي يمكن ضغطه ونقله. ولا يزال هذا النوع من تقنيات احتجاز الكربون وتخزينه في مراحله الأولى من التطوير ولم يتم استخدامه بعدُ على نطاق واسع.

بمجرد احتجاز ثاني أكسيد الكربون، يتم نقله إلى موقع التخزين. وعادةً ما يُنقل عبر أنابيب بنفس التقنية المستخدمة في نقل الغاز الطبيعي والنفط إلى مسافات طويلة. وربما تُستخدم السفن والشاحنات في عملية النقل لمسافات أقصر أو حين تكون التضاريس وعرة.

تتضمن مرحلة "تخزين الكربون"، المعروفة أيضًا باسم "عزل الكربون"، وسائل طويلة الأجل ووسائل دائمة لتخزين ثاني أكسيد الكربون ومنع إطلاقه في الغلاف الجوي. توجد عدة أنواع لتخزين الكربون:

• التخزين الجيولوجي: يتضمن هذا النوع حقن ثاني أكسيد الكربون في أعماق الأرض في التكوينات الجيولوجية. قد تشمل هذه التكوينات حقول النفط الناضبة أو خزانات الغاز الفارغة، أو طبقات الفحم التي يصعب الوصول إليها، أو طبقات المياه الجوفية المالحة. وتشكل التكوينات الجيولوجية العميقة أكثر الطرق شيوعًا لتخزين الكربون حتى الآن.
• التخزين في المحيطات: تعتمد هذه الطريقة على حقن ثاني أكسيد الكربون مباشرةً في المحيط على أعماق كبيرة. حيث يذوب ثاني أكسيد الكربون في تلك الأعماق أو يشكل مركبات مستقرة. ومع ذلك، تثير هذه الطريقة مخاوف بيئية بسبب تأثيرها المحتمل في النُظُم البنائية البحرية، ولا تعتبر خيارًا قابلًا للتطبيق في الوقت الحالي.
• كربنة المعادن: في هذه العملية، يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع أنواع معينة من التكوينات الصخرية المسامية لتكوين معادن مستقرة. وتحدث هذه التفاعلات بشكل طبيعي على مدى آلاف السنين، لكن يمكن تسريعها من خلال العمليات الصناعية. ورغم أن هذه الطريقة تقدم حلًا دائمًا لتخزين ثاني أكسيد الكربون، إلا إنه حل مكلف حاليًّا ويستهلك الكثير من الطاقة.
• العزل البيولوجي: تتضمن هذه الطريقة عزل ثاني أكسيد الكربون وتخزينه عبر وسائل طبيعية، فمثلاً تمتص النباتات ثاني أكسيد الكربون أثناء نموها، وتخزنه في أنسجتها وداخل التربة. وتتضمن الاستراتيجيات المبنية على أساس حيوي أساليب إعادة تشجير الغابات وزراعة الكربون مما يعمل على زيادة تخزين الكربون وتقليل انبعاثاته لأقصى حد.

توجد في الولايات المتحدة نحو 10 منشآت واسعة النطاق لاحتجاز وتخزين الكربون، بما في ذلك مشروع Petra Nova في ولاية تكساس. وباعتباره أكبر مشروع لاحتجاز الكربون بعد الاحتراق في العالم، يحتجز هذا المشروع أكثر من مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون سنويًّا من محطة طاقة تعمل بالفحم، وتستخدم هذه الكمية في تحسين استخراج النفط في حقل نفط قريب. وتقدم الحكومة حوافز مالية لاحتجاز الكربون وتخزينه من خلال الائتمان الضريبي 45Q، والذي يقدم ائتمانًا ضريبيًّا لكل طن متري من ثاني أكسيد الكربون يتم احتجازه أو تخزينه.

كما تعد كندا موطنًا للعديد من المشاريع المهمة لاحتجاز الكربون وتخزينه، بما في ذلك حقل "ويبورن-ميدال"، الذي يعمل منذ عام 2000 ويخزن حوالي 2 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. وتدعم الحكومة الكندية احتجاز الكربون وتخزينه من خلال التمويل المخصص للبحث والتطوير، فضلًا عن اتخاذ تدابير تنظيمية تشجع استخدام الكربون المحتجز في عمليات الرمال النفطية.

وكذلك تُعد النرويج إحدى الدول الرائدة في مجال احتجاز الكربون وتخزينه. إذ يعمل حقل Sleipner في بحر الشمال على احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه منذ عام 1996، ما يجعله أحد أطول مشاريع احتجاز وتخزين الكربون تشغيلًا. حيث يتم فصل ثاني أكسيد الكربون عن الغاز الطبيعي المستخرج من الحقل، ثم يتم حقنه في التكوينات الملحية تحت الأرض. وتوفر حكومة النرويج التمويل لهذه المشاريع، حيث تعتبر احتجاز الكربون وتخزينه أداة أساسية لتحقيق أهدافها المناخية.

وباعتبار الصين أكبر مُصدِّر لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم، ترى الصين أن احتجاز الكربون وتخزينه يشكل جزءًا أساسيًّا من استراتيجيتها الرامية إلى الحد من الانبعاثات. ولديها عدة مشاريع تجريبية لاحتجاز الكربون وتخزينه، كما تستثمر بشكل كبير في البحث والتطوير. ومع ذلك، لا يزال انتشار تقنية احتجاز الكربون وتخزينه على نطاق كبير في الصين مقيدًا ومحدودًا.

يدعم الاتحاد الأوروبي احتجاز الكربون وتخزينه من خلال "نظام تداول الانبعاثات" التابع له، والذي يمكن أن يجعل احتجاز الكربون وتخزينه تقنية جذابة من الناحية المالية من خلال فرض سعر على انبعاثات الكربون. ومع ذلك، كان التقدم في مجال احتجاز الكربون وتخزينه بطيئًا في أوروبا، مع وجود عدد قليل فقط من المشاريع التشغيلية.