碳捕集、利用与封存（Carbon Capture, Utilization and Storage，简称 CCUS）是指将CO2从工业过程、能源利用或大气中分离出来，直接加以利用或注入地层以实现CO2永久减排的过程。按照技术流程，CCUS主要分为碳捕集、碳运输、碳利用、碳封存等环节。其中，碳捕集主要方式包括燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧等；碳运输是将捕集的CO2通过管道、船舶等方式运输到指定地点；碳利用是指通过工程技术手段将捕集的CO2实现资源化利用的过程，利用方式包括矿物碳化、物理利用、化学利用和生物利用等；碳封存是通过一定技术手段将捕集的CO2注入深部地质储层，使其与大气长期隔绝，封存方式主要包括地质封存和海洋封存。
2019年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）给出：我们必须将全球变暖限制在1.5℃之内。1.5℃的气候变化控制目标不仅仅是学界和联合国的认知，更受到了各国政府的肯定。《巴黎协定》是由全世界178个缔约方共同签署，其明确指出各缔约国的长期目标是将全球平均气温较前工业化时期上升幅度努力限制在1.5摄氏度以内。随后，全球各大主要经济体纷纷提出了自己的二氧化碳排放控制战略，我国也在去年提出了“3060”碳中和、碳达峰战略。碳排放主要分为煤化工、制氢等高浓度排放和石油化工、炼钢、燃煤、燃气等中低浓度排放。CCUS是目前实现大规模温室气体减排的重要技术手段。短期内，我国以石油、煤炭等化石能源为主的能源结构难以改变，发展CCUS可促进化石能源的高效利用，加快传统高排放行业的转型发展，对我国实现“双碳”战略目标具有重要意义。然而，仅仅依靠提升能源利用效率、增加新能源装机比例等减碳措施，是无法达到《巴黎协定》所指定的1.5摄氏度温度控制目标的。IEA（国际能源署）提出，如果要实现1.5摄氏度气候变化控制目标，则2060年全球工业部门将有280亿吨的二氧化碳需要进行CCUS处理，能源加工和转换部门的CCUS需求累计量为310亿吨，电力部门CCUS需求累计量为560亿吨。对于中国而言，如果我们要实现碳中和远景以及气候控制目标，我国到本世纪中叶在电力、工业领域将分别有8亿吨/年和6亿吨/年的碳排放需要通过CCUS进行处理。随着“双碳”目标的提出和碳减排工作的不断推进，我国正从能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变，在这样的大背景下，开展二氧化碳捕集、运输、利用与地质封存全流程重大技术创新，开展大规模产业化CCUS技术示范应用，可为碳减排目标的实现提供重要支撑，对服务国家战略和经济社会绿色发展意义重大。生态环境部环境规划院、中国科学院武汉岩土力学研究所等机构将碳捕集、利用和埋存的定位概括为：目前实现大规模化石能源零排放利用的唯一技术选择、碳中和目标下保持电力系统灵活性的主要技术手段、钢铁水泥等难以减排行业深度脱碳的可行技术方案、实现碳中和目标的托底技术保障。
根据2015的巴黎气候大会披露的减碳图表，可以看出CCUS技术主要是在2030年之后全球将逐渐发力于二氧化碳的移除，而这与中国2030碳达峰的目标不谋而合。碳捕集技术（CCS）并非新技术，距今已有一个多世纪的历史。它最早被天然气公司商业化，用于分离与天然气混合的二氧化碳。在20世纪70年代，天然气公司并没有直接释放二氧化碳，而是为这种温室气体找到了对应的用途：注入老化的油田以增加石油产量。目前每年约有4000万吨二氧化碳被掩埋，其中大部分还是用于提高石油产量。在当今这个全球携手应对气候变化的时代，CCS技术的大部分用于将捕获的气体埋入地下深处以抵消二氧化碳的大肆排放。现阶段碳封存的价格在500元/吨左右，目前的低碳价无法抵消捕获与封存成本，很难体现出经济效益。后来人们发现碳捕获技术捕捉到的高纯度碳是一个非常好的原料，于是便加以利用，如工业方面可作为保护气体、制造碳酸饮料、食品保鲜和干冰制冷等；化学方面可用于制造塑料、油品、天然气等，成为了碳捕集、利用与封存技术（CCUS）。2011年的北京碳收集领导人论坛，时任科技部部长万钢、国家发改委副主任解振华和美国能源部部长朱棣文都参加了，中美两国在战略层面都更重视“利用”，当时在讨论中专门加上的。负碳技术在国外经历30多年发展，已非常多样化，挪威船级社很早就在研究二氧化碳制甲酸的技术；美国公司Liquid Light在做二氧化碳制乙二醇的技术；宝马公司投资的Prometheus Fuels在做C8合成燃料。目前，我国CCUS仍处于发展早期。在工业示范方面，我国具备了大规模捕集利用与封存的工程能力，但在项目规模、技术集成、海底封存、工业应用等方面与国际先进水平还存在差距。在减排潜力与需求方面，我国理论封存容量和行业减排需求极大，考虑源汇匹配之后不同地区陆上封存潜力差异较大。在成本效益方面，尽管当前碳捕集利用与封存技术成本较高，但未来可有效降低实现碳中和目标的整体减排成本。
根据《二氧化碳捕集、封存与利用技术应用状况》数据，中国已建成投产、在建及拟建的碳捕集与封存设施数量占全球总量的7.7%，占比远低于美国的50.8%。赛迪顾问数据显示，2021年我国捕集规模在30万吨/年以下的CCUS项目数量占比达88.9%，捕集规模超过60万吨/年的项目仅占3.7%，而美国CCUS单项年均碳捕集规模约241.4万吨/年。
未来，随着政策支持不断、关键技术逐步成熟以及各行业巨大减排需求拉动，我国CCUS将向着低成本、商业化、集群化方向发展。