บทความหลัก: การกักเก็บคาร์บอน

มีความคิดในรูปแบบต่าง ๆ สำหรับการจัดเก็บ CO2 อย่างถาวร รูปแบบเหล่านี้รวมถึงการจัดเก็บก๊าซในโพรงใต้ดินที่ก่อตัวทางธรณีวิทยาต่างๆในระดับลึก (รวมถึงโพรงบ่อเกลือและแหล่งเก็บก๊าซที่ก๊าซหมดแล้ว) และการจัดเก็บที่เป็นของแข็งโดยการนำ CO2 ไปทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของโลหะเพื่อผลิตคาร์บอเนตที่มีเสถียรภาพ

การจัดเก็บทางธรณีวิทยา

ยังเป็นที่รู้จักว่าเป็นการจัดเก็บทางภูมิศาสตร์ (อังกฤษ: geo-sequestration) วิธีการนี​​้เกี่ยวข้องกับการฉีดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยทั่วไปในรูปแบบของของเหลวสุดยอดวิกฤต (อังกฤษ: supercritical fluid) โดยตรงเข้าในโพรงที่ก่อตัวทางธรณีวิทยาใต้ดิน เช่นทุ่งน้ำมัน, ทุ่งก๊าซ, โพรงบ่อเกลือ, แนวชั้นหินถ่านหินที่ทำเป็นเหมืองไม่ได้ และโพรงบะซอลที่เต็มไปด้วยน้ำเกลือ กลไกกับดักทางกายภาพ (เช่นหินแข็งที่มีความซึมผ่านได้ต่ำ) และทางธรณีเคมีต่างๆจะป้องกันไม่ให้ก๊าซ CO2 จากการหลบหนีไปยังพื้นผิวด้านบน[25]

CO2 บางครั้งจะถูกฉีดเข้าไปในแหล่งน้ำมันที่ปริมาณลดลงเพื่อเพิ่มปริมาณการผลิตน้ำมันในเทคนิคที่เรียกว่าการสูบน้ำมันแบบก้าวหน้า ประมาณ 30-50 ล้านเมตริกตันของ CO2 จะถูกฉีดเป็นประจำทุกปีในประเทศสหรัฐอเมริกาเข้าไปในแหล่งน้ำมันที่ลดลง[26] ตัวเลือกนี้เป็นที่น่าสนใจเพราะธรณีวิทยาของแหล่งไฮโดรคาร์บอนมีความเข้าใจกันโดยทั่วไปเป็นอย่างดีและค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บอาจมีการชดเชยบางส่วนได้จากการขายที่เพิ่มขึ้นของน้ำมันที่มีการสูบขึ้นมา[27] ​​ข้อเสียของแหล่งน้ำมันเก่าก็เนื่องมาจากกระจายตัวทางภูมิศาสตร์ของพวกมันและปริมาณความจุที่จำกัดของพวกมัน เช่นเดียวกับความจริงที่ว่าการเผาไหม้ของน้ำมันที่กู้คืนมาได้จะชดเชยการลดลงในการปล่อย CO2 ได้อย่างมากหรือทั้งหมด[28]

แนวชั้นหินถ่านหินที่ทำเป็นเหมืองไม่ได้สามารถนำมาใช้ในการจัดเก็บ CO2 เพราะโมเลกุลของ CO2 จะติดไปกับพื้นผิวของถ่านหิน อย่างไรก็ตาม ความเป็นไปได้ทางเทคนิคจะขึ้นอยู่กับความซึมผ่านของแปลงถ่านหิน ในขั้นตอนของการดูดซึม ถ่านหินจะปล่อยก๊าซมีเทนที่ถูกดูดซึมไว้ก่อนหน้านี้และก๊าซมีเทนสามารถถูกกู้คืนได้ (ขบวนการกู้คืนมีเทนจากแปลงถ่านหินแบบก้าวหน้า) การขายก๊าซมีเทนสามารถใช้ในการชดเชยส่วนของค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บ CO2 อย่างไรก็ตาม การเผาไหม้ก๊าซมีเทนที่ได้จะลบล้างบางส่วนของประโยชน์ของการจัดเก็บ CO2 เดิม

โพรงน้ำเกลือจะมีน้ำเกลือแร่ธาตุสูง และมีการพิจารณาว่าไม่มีประโยชน์ต่อมนุษย์ ชั้นหินอุ้มน้ำเกลือจะนำมาใช้สำหรับการจัดเก็บของเสียสารเคมีในบางกรณี ข้อดีหลักของชั้นหินอุ้มน้ำเกลือเป็นปริมาณการจัดเก็บที่มีศักยภาพของพวกเขามีขนาดใหญ่และมันเกิดขึ้นทั่วไปของพวกมัน ข้อเสียที่สำคัญของชั้นหินอุ้มน้ำเกลือคือไม่ค่อยเป็นที่รู้จักกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเทียบกับแหล่งน้ำมัน เพื่อให้ค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บที่ยอมรับ การสำรวจธรณีฟิสิกส์อาจถูกจำกัด ส่งผลให้เกิดความไม่แน่นอนเกี่ยวกับโครงสร้างชั้นหิน ซึ่งแตกต่างจากการจัดเก็บในแหล่งน้ำมันหรือแปลงถ่านหิน ไม่มีผลิตภัณฑ์ด้านข้างที่จะชดเชยค่าใช้จ่ายการจัดเก็บ การรั่วไหลของก๊าซ CO2 กลับเข้ามาในบรรยากาศอาจจะมีปัญหาในการจัดเก็บในชั้นหินอุ้มน้ำเกลือ อย่างไรก็ตาม การวิจัยในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่า 'กลไกการวางกับดัก' เช่นการวางกับดักแบบโครงสร้าง, การวางกับดักแบบส่วนย่อย, การวางกับดักแบบละลายได้และการวางกับดักแบบแร่จะสามารถทำให้ CO2 ที่อยู่ใต้ดินหมดความสามารถในการเคลื่อนที่และลดความเสี่ยงของการรั่วไหล[25]

การสูบน้ำมันแบบก้าวหน้า

การสูบน้ำมันแบบก้าวหน้า (อังกฤษ: Enhanced oil recovery (EOR)) เป็นคำทั่วไปสำหรับเทคนิคที่ใช้เพื่อเพิ่มปริมาณน้ำมันดิบที่สามารถสกัดได้จากทุ่งน้ำมัน ในการดักจับและกักเก็บคาร์บอนสำหรับกระบวนการสูบน้ำมันแบบก้าวหน้า (CCS EOR) นี้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกฉีดเข้าไปในทุ่งน้ำมันที่จะทำการสูบน้ำมันที่มักจะไม่เคยถูกสูบขึนมาโดยใช้วิธีการแบบดั้งเดิมที่ดีกว่า

การพัฒนาและการผลิตน้ำมันดิบในแหล่งเก็บน้ำมันของสหรัฐอเมริกามีสามขั้นตอนที่แตกต่างกัน ได้แก่การสูบ (อังกฤษ: recover) ขั้นประถม ขั้นที่สองและขั้นที่สาม (หรือขั้นก้าวหน้า) [29] ในระหว่างการสูบขั้นต้น เพียงประมาณร้อยละ 10 เท่านั้นของน้ำมันในแหล่งเก็บที่สามารถผลิตได้โดยทั่วไป เทคนิคการสูบขั้นที่สองสามารถยืดอายุการผลิตของแหล่งเก็บโดยทั่วไปโดยการฉีดน้ำหรือก๊าซเพื่อแทนที่น้ำมันและผลักมันไปยังหลุมเจาะการผลิต (อังกฤษ: production wellbore) ส่งผลให้ทำการสูบขึ้นมาได้ร้อยละ 20 ถึง 40 ของน้ำมันที่มีอยู่เดิมในแหล่งเก็บ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากน้ำมันที่ง่ายต่อการผลิตจากทุ่งน้ำมันสหรัฐมีอยู่มาก ผู้ผลิตได้พยายามกู้คืนหลายระดับที่ก้าวหน้าหรือใช้เทคนิคการสูบน้ำมันแบบก้าวหน้า (EOR) เพื่อเพิ่มโอกาสการผลิตให้ทำได้ถึงร้อยละ 30 ถึง 60 หรือมากกว่าของน้ำมันที่มีอยู่เดิมในแหล่งเก็บ[30]

ตัวอย่างหนึ่งของโครงการที่จะใช้ CCS EOR ก็คือโครงการ Kemper ในรัฐมิสซิสซิปปี้ เนื่องจากโครงการ Kemper อยู่ใกล้เคียงกับทุ่งน้ำมัน, ผลพลอยได้ที่เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการผลิตกระแสไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังแหล่งน้ำมันที่อยู่ใกล้เคียงเพื่อใช้ทำ EOR [31]

การจัดเก็บในมหาสมุทร

ในอดีต มีการแนะนำว่า CO2 สามารถกักเก็บไว้ในมหาสมุทรได้ แต่วิธีนี้มีแต่จะทำให้ความเป็นก​​รดของมหาสมุทรเลวร้ายมากขึ้น และเป็นการกระทำที่ผิดกฎหมายภายใต้กฎระเบียบเฉพาะ การจัดเก็บในมหาสมุทรถือเป็นสิ่งทีเป็นไปไม่ได้อีกต่อไป[6]

การจัดเก็บในรูปแร่

ในขั้นตอนนี้ CO2 จะมีปฏิกิริยาแบบ exothermic กับออกไซด์ของโลหะที่มีอยู่ ซึ่งจะผลิตสารคาร์บอเนตที่มีเสถียรภาพ (เช่นแคลเซียมคาร์บอเนต และ magnesite) กระบวนการนี​​้จะเกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นเวลาหลายปีและเป็นผู้รับผิดชอบต่อปริมาณจำนวนมากของหินปูนบนพื้นผิวของโลก ความคิดของการใช้ Olivine ได้รับการส่งเสริมจากนักธรณีเคมี ศาสตาจารย์ Schuiling[32] อัตราการเกิดปฏิกิริยาสามารถทำให้เร็วขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น กับตัวเร่งปฏิกิริยา[33] หรือโดยการทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิและ/หรือแรงกดดันที่สูงหรือโดยการบำบัดแร่ธาตุล่วงหน้า แม้ว่าวิธีการนี้ต้องใช้พลังงานเพิ่มเติม IPCC ประมาณการว่าโรงไฟฟ้​​าหนึ่งโรงที่ติดตั้ง CCS แบบการจัดเก็บในรูปแร่จะต้องการพลังงานมากกว่าโรงไฟฟ้​​าที่ไม่ได้ติดตั้ง CCS ถึง 60-180%[4]

เศรษฐศาสตร์ของการทำให้เป็นแร่คาร์บอเนทในตอนนี้กำลังถูกทดสอบในโครงการโรงไฟฟ้านำร่องครั้งแรกของโลกที่มีฐานอยู่ในนิวคาสเซิล, ออสเตรเลีย เทคนิคใหม่สำหรับการเปิดใช้งานและปฏิกิริยาของแร่ได้รับการพัฒนาโดยกลุ่ม GreenMag และมหาวิทยาลัยแห่งนิวคาสเซิลและได้รับการสนับสนุนทางการเงินโดยรัฐบาลแห่งนิวเซาธ์เวลส์และรัฐบาลออสเตรเลียที่จะเปิดดำเนินการในปี 2013[34]

ในปี 2009 มีรายงานว่านักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดพื้นที่ 6,000 ตารางไมล์ (16,000 กิโลเมตร2) ของโพรงหินในสหรัฐอเมริกาที่สามารถนำมาใช้ในการเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ถึง 500 เท่าของปริมาณที่สหรัฐปล่อยต่อปี[35] การศึกษาหนึ่งเกี่ยวกับการเก็บกักแร่ในสหรัฐอเมริกาชี้ว่า :

การกักเก็บคาร์บอนโดยให้ทำปฏิกิริยากับ Ca และ Mg ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่ประกอบด้วยแร่ธาตุที่มี CO2 เพื่อก่อตัวเป็นสารคาร์บอเนตมีข้อได้เปรียบที่ไม่ซ้ำใครจำนวนมาก ที่ชัดเจนที่สุดได้แก่ความจริงที่ว่าสารคาร์บอเนตมีสภาวะพลังงานต่ำกว่า CO2 ซึ่งเป็นเหตุผลที่ว่าทำไมการทำให้เป็นแร่คาร์บอเนตเป็นที่น่าพอใจแบบอุณหพลศาสตร์และเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติ (เช่นทำให้หินผ่านสภาพดินฟ้าอากาศตลอดหลายช่วงเวลาทางธรณีวิทยา) ประการที่สองวัตถุดิบเช่นแร่ธาตุที่มีแมกนีเซียมมีความอุดมสมบูรณ์ ประการสุดท้ายคาร์บอเนตที่ผลิตได้มีความมั่นคงอย่างไม่สามารถถกเถียงได้และดังนั้นการปล่อย CO2 ซ้ำอีกครั้งสู่ชั้นบรรยากาศจึงไม่เป็นประเด็น อย่างไรก็ตาม เส้นทางของการทำให้เป็นคาร์บอเนตแบบธรรมดาจะเป็นไปได้ช้าภายใต้อุณหภูมิและความดันโดยรอบ ความท้าทายที่สำคัญที่มีการพูดถึงจากความพยายามแบบนี้ก็คือการระบุเส้นทางการทำให้เป็นคาร์บอเนตที่เป็นไปได้ด้านอุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อมที่จะช่วยให้การเก็บกักในรูปของแร่ที่จะมีการดำเนินการที่มีความประหยัดที่ยอมรับได้[36]

ตารางต่อไปนี้แสดงออกไซด์ของโลหะหลักของเปลือกโลก ในทางทฤษฎีแล้ว มวลแร่ธาตุนี้สามารถที่จะสร้างเป็นคาร์บอเนตได้สูงสุดถึง 22%

หางแร่ของเหมืองอัลตราเมฟิก (อังกฤษ: ultramafic mine tailings) เป็นแหล่งพร้อมใช้งานของออกไซด์ของโลหะละเอียดที่สามารถทำหน้าที่เป็นที่ฝังคาร์บอนเทียมเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสุทธิในอุตสาหกรรมเหมืองแร่[37] การเร่งให้ทำการจัดเก็บ CO2 เฉื่อยโดยการทำแร่ให้เป็นคาร์บอเนตอาจจะประสบความสำเร็จผ่านกระบวนการจุลินทรีย์ที่ช่วยเพิ่มการสลายแร่ธาตุและการตกตะกอนคาร์บอเนต[38][39][40]

ความต้องการพลังงาน

ความต้องการพลังงานของกระบวนการจัดเก็บอาจมีนัยสำคัญ หนึ่งในเอกสารชี้ว่าการจัดเก็บจะบริโภคพลังงานถึงร้อยละ 25 ของกำลังการผลิตของโรงไฟฟ้าขนาด 600 เมกะวัตต์[41]