碳利用与封存的类型
（一）碳利用技术类型
碳利用（Carbon Utilization）是利用CO2的理化性质，将捕集的CO2提纯后投入新的生成过程循环再利用的过程。碳利用的方式主要有CO2的资源化利用和地质封存利用。
1.CO2资源化利用
目前，CO2的资源化利用方式主要有化工利用、电化学利用、生物利用和矿化利用。CO2还可以应用于日常生活中的冷藏冷冻、食品包装、焊接、饮料和灭火材料等方面，但这些过程所使用的CO2最终会继续排放到大气中，从总体来看这对减缓气候变化的并没有实质上的贡献，这里不再详细介绍。
（1）化工利用
在特定催化剂和反应条件下，CO2可以与许多物质反应，用于生产化工产品。目前已经实现了CO2大规模化学利用的商业化技术主要包括二氧化碳与氨气合成尿素、二氧化碳与氯化钠生产纯碱、二氧化碳与环氧烷烃合成碳酸酯以及二氧化碳合成水杨酸技术等。
（2）电化学利用
熔盐电解转化CO2为碳基材料被认为是一种新的CO2利用途径。在450℃～800℃的熔盐体系下，通过调控反应途径和采用不同电极材料和催化剂，能够将CO2电化学转化为高附加价值的碳纳米材料，实现碳纳米管、石墨烯及硫掺杂碳的制备。2020年底，世界首套从煤电厂烟气捕集CO2，并转化为碳纳米管的百吨级工业化系统由山西清洁碳研究院在山西大同大唐云冈热电厂建成并运行。
（3）生物利用
生态系统中植物的光合作用可以吸收CO2，利用某些单细胞微藻吸收CO2是生物利用最直接的一种方式。微藻生长周期短、光合效率高，通过光合作用可积累相当于细胞干重50%～70%的油脂，是最具潜力的油脂生物质资源。微藻生长过程中会吸收大量CO2，微藻固碳是利用微藻光合作用将CO2转化为微藻自身生物质从而固定碳元素。再通过诱导反应使微藻自身生物质转化为油脂，经提炼加工生产出生物柴油，理论上每生产1吨微藻可吸收CO2达1.83吨。
（4）矿化利用
CO2矿化利用实质是模拟自然界岩石化学风化，将CO2转化为稳定的碳酸盐类化合物。这种方法既能固定大气CO2，生成具有工业附加值的碳酸盐产品，又能实现环境友好。能够矿化利用的原材料包括天然富钙、镁硅酸盐矿物，工业碱性固废、废液，盐湖中的氯化镁资源等。根据矿化反应过程可将CO2矿化反应分为直接矿化法和间接矿化法。直接法是利用矿化原料与CO2进行一步碳酸化反应，得到碳酸盐产物；间接法是指先用某种媒介将矿化原料转化为中间产物，然后与CO2发生反应，最终生成固体碳酸盐。该技术优点是环境风险小、可实现永久封存，缺点是反应速率低、反应条件苛刻、设备成本高。
2.CO2地质封存利用
CO2地质封存利用技术既是一种封存技术，也是一种生产技术，在实现碳封存的同时，利用CO2的理化性质可以用于提高石油和天然气的生产，提高出油率和出气率。而传统的CO2地质封存是指利用地下适合的地质体进行CO2深部封存，封存介质主要包括深部不可采煤层、深部咸水层和枯竭油气藏等。CO2地质封存利用是指将CO2注入上述地质体内，在提高地下矿物开采效率的同时，实现了CO2的地质封存，而且对地表生态环境影响很小，具有较高的安全性和可行性。
地质封存利用的主要方式有CO2强化采油技术（CO2-EOR）和强化煤气层开采技术，利用CO2强化石油开采技术最为成熟，是目前唯一达到商业化水平的地质封存利用技术。
（1）强化石油开采技术
CO2强化采油技术（CO2-EOR）是通过把捕集来的CO2注入到油田中驱油，使即将枯竭的油田再次采出石油，提高原油采收率。CO2驱油技术主要有混相驱替和非混相驱替。CO2混相驱替是利用CO2将原油中的轻质组分萃取或气化，形成CO2与原油中轻质烃的混合相，从而降低界面张力，提高原油采收率；非混相驱替是把CO2溶解于原油中，降低原油粘度和界面张力，改善原油流动性，从而提高采收效率。实际工程中，非混相驱替技术的应用较少。驱油过程如图6-10所示。
图6-10 CO2驱油技术示意图
（2）强化煤气层开采技术
煤体表面吸附CO2的能力是CH4的2倍，利用这一特点将CO2压注到煤层中来驱替CH4，从而提高煤层气采收率，并实现CO2的封存。CO2注入煤层后开始流动，导致煤层孔隙流体压力和有效应力发生变化，同时CO2在其波及区域内竞争吸附并置换出煤岩表面的CH4。CH4的脱附与CO2的吸附导致煤岩力学强度减弱，体积膨胀，进而影响煤层的孔隙度、渗透率等物理参数，煤层渗流发生变化。吸附—渗流—力学性质3个过程紧密相关，互相耦合，共同提高采收率。据估算，我国300～1500m埋深内煤层的CO2储存潜力为120.78亿吨，主要分布在新疆北部、陕北—鄂尔多斯、山西北部和中部、黑龙江东部、安徽北部、贵州西北部等地的矿区。
（二）碳封存技术类型
碳封存（Carbon Storage）是将CO2捕集、压缩后运输到选定地点长期封存的方法。二氧化碳的封存有许多方式，常见的主要有地质封存、海洋封存和化学封存。
地质封存是将CO2注入地下的地质构造中，如油田、天然气储层、含盐地层和不可采煤层等。海洋封存是将CO2通过轮船或管道运输到深海海底进行封存。化学封存是利用CO2与金属氧化物发生反应生成稳定的碳酸盐从而将CO2永久性地固定。与碳封存利用技术比较，碳封存技术只能实现CO2的封存，不能产生经济效益。
1.地质封存
CO2地质封存除了强化采油封存和强化煤层气开采封存技术外，还包括地层深部含盐水层封存技术，其基本原理是通过封闭构造内的咸水吸收CO2从而实现CO2的固定。理想的CO2封存地层深度为1200～1500m之间，并与地下饮用水源隔离。据估算，我国深部含盐水层的封存潜力巨大，1000～3000m深部含盐水层的CO2储存潜力在1435亿吨，其中柴达木盆地、塔里木盆地的CO2封存能力均在100亿吨以上；鄂尔多斯盆地的CO2封存潜力在60亿～80亿吨，可作为未来实施碳封存项目的重点考察区域。
2.海洋封存
海洋面积广阔、体量巨大，可作为全球最大的CO2贮库，在全球碳循环中扮演了重要角色。目前关于海洋封存CO2的研究结果表明，CO2的封存主要包括四种形式：一是将压缩的CO2气体直接注入深海1500m以下，以气态、液态或者固态的形式封存在海洋水柱之下，其中固态CO2的封存效率最高；二是将CO2注入海床沉积层中，封存在沉积层的孔隙水之下；三是利用CO2置换强化开采海底天然气水合物；四是利用海洋生态系统吸收和存储CO2。但也有研究认为由于洋流的影响，注入深海的液态CO2会导致海水酸化，危及海洋生态系统的平衡。目前虽然深海封存理论上潜力巨大，具有一定的可行性，但仍处于理论研究和模拟实验阶段，封存成本很高，在经济技术可行性和对海洋生物的影响上还需要更进一步的研究。
3.化学封存
化学封存是指通过一系列繁杂的化学反应将CO2转变成部分稳定的碳酸盐，进而实现长久封存CO2的目标。化学封存技术是一种新的CO2封存技术，其经济效益和减排效率都有着无法预测性。