對於難以減少碳排放的產業，如農業或航空業等而言，二氧化碳移除(Carbon Dioxide Removal, CDR)能大幅抵消其碳排放量，是實現全球溫室氣體淨零排放的關鍵技術之一。然而目前無論傳統或新型單一CDR工法皆有其擴充規模的極限，仍須多元組合才能達到較好的效果。然而根據聯合國政府間氣候變遷專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）的估計，到2100年全球需清除的二氧化碳累計將達數千億噸，以目前全球CDR每年不到200萬噸的移除量，亟需加速投資技術研發、組合運用以及商業佈署。

美國能源部(DOE)化石能源和碳管理辦公室(FECM)一向致力於碳捕捉與封存等技術的研發與示範，在2021年啟動「Carbon Negative Shot計畫」，以激勵CDR的創新研發與佈署，實現2032年將CDR平均成本降至每噸二氧化碳不超過100美元、對生命周期分析(LCA)的碳核算、估算有效封存二氧化碳與稽核的成本、達成10億噸級的年度移除量等目標。儘管如此，CDR仍須與目前DOE策略、政府政策、國會立法以及國際CDR倡議等相扣合，包括FECM策略願景、「能源地球計畫」(Energy Earthshots Initiative)、政府預算優先事項、國會決議資助活動以及「使命創新」(Mission Innovation)國際倡議等。CDR計畫也透過有獎競賽等機制激勵CDR技術的開發、驗證技術經濟分析(Techno-Economic Analysis, TEA)的有效性，未來再由聯邦政府採購CDR信用額度，落實監測、計量、報告與驗證(MMRV)制度。FECM在CDR計畫聚焦的4大主題：

一、 直接空氣捕獲(DAC)
1. 技術描述：直接空氣捕捉（Direct Air Capture, DAC）技術利用機械設備，透過物理或化學原理分離出空氣中的二氧化碳，但過程仍須能源供應。因此，適合應用於分散式的排放源頭(如農田施肥、交通運輸)，且可靈活選址，將儲存與轉換設備設於同一處，進一步提升整體效率，也適合生產淨零排放的化學品或燃料。DAC可與傳統的關鍵源頭碳捕捉(point-source carbon capture, PSC)併用，發揮互補效果。常見的DAC技術分為2大類：以高表面積的固體載體吸附或對二氧化碳具親和力的水溶液作選擇性吸收，之後再進行儲存或轉化作用。新興的反應型碳捕捉(Reactive Carbon Capture)則可直接整合碳捕捉及轉化流程，達到降低營運成本之效。
2. 挑戰：主要來自於技術與成本的挑戰，吸附劑、溶劑的材料選擇以及其價格，加上能源等的成本，都是一核心挑戰；加上目前DAC系統的規模較小，難以產生規模經濟效益。
3. 技術研發活動：透過研發補助、小企業創新研究(SBIR)、小企業技術轉移計畫 (STTR)、競賽獎金、國家實驗室技術商業化基金獎勵等方式，資助次世代功能性媒材、新材料結構以及先進基台的開發。
4. 商業發展與市場建立活動：持續優化技術與降低成本是不二法門，從實驗室走到試點計畫須要更廣泛的生態系統支援，由兩黨基礎建設法（Bipartisan Infrastructure Law）資助，並與清潔能源示範辦公室（Office of Clean Energy Demonstrations）共同管理高達 35 億美元的資金，成立4個百萬噸級的DAC示範中心（Regional DAC Hubs），以進行可行性研究，並全面發展美國的DAC生態系。
5. LCA、TEA與MMRV：DAC生命週期分析（LCA）與技術經濟分析（TEA）可延續DOE過去於PSC領域的經驗，建立地質封存技術的評估基準。然而，雖監測、計量、報告與驗證（Measurement, Monitoring, Reporting, and Verification, MMRV）流程已有穩定方法論，但針對能源來源的碳強度選擇、碳核算方式與再利用產品的排放歸屬等，仍需進一步釐清與設定統一標準化。

二、 海洋二氧化碳移除(mCDR)
1. 技術描述：海洋二氧化碳移除（marine Carbon Dioxide Removal, mCDR）是透過各種方式增加海洋自空氣中吸收二氧化碳的能力，並將其儲存在海洋中。技術重點在於增強海洋吸收能力，可分為(1)生物處理（Biotic approaches）：在海中施加鐵、磷或氮等營養素提高浮游植物光合作用、以人工上升流與下降流增加碳的流通、養殖大型藻類吸收並轉化二氧化碳。(2)非生物處理（Abiotic approaches）：利用電化學改變海水pH值或增進海洋鹼化（ocean alkalinity enhancement），以強化二氧化碳吸收。
2. 挑戰：改變海洋化學組成可能影響環境生態系統，且需建立標準化且嚴謹的MMRV制度以確保碳清除的有效性和準確性。此外，目前多數技術仍屬研究與實驗階段，仍需進一步擴大規模驗證技術及經濟的可行性。
3. 技術研發活動：包括結合製程與材料提高碳移除與儲存的持久性、允許在各種環境下運作、能緩解環境風險、新設備或零件設計與製程減少輔助電力的需求、新的碳核算和MMRV 模型與感測器技術等。
4. 商業發展與市場建立活動：尚未進入商業驗證與佈署階段。
5. LCA、TEA與MMRV：必須負責任地處理好副產品(如從海水分離的氫離子或二氧化碳濃縮物)的替代用途，利用MMRV發展負責任的碳信用交易市場，同時也要解決能源需求。

三、 生物質碳移除與儲存(BiCRS)
1. 技術描述：生物質碳移除與儲存（BiCRS, Biomass Carbon Removal and Storage）是利用生物質(如木質生物質、藻類、農業覆蓋作物和殘留物、多年生草本植物等)，經熱液化、燃燒、熱解、烘焙、氣化等轉化過程，做成耐久生物製品、生物炭、生物油或進入地質儲存等終端儲存機制予以長期儲存。過去20年來，傳統的PSC計畫只專注在生質能與碳捕捉和封存(Bioenergy with carbon capture and storage, BECCS)技術，現在CDR計畫將擴大到所有BiCRS技術，而且該技術沒有額外的能源需求。但由於此製程與生質能源有許多重疊之處，實施BiCRS多年計畫時，須與其他部門（如農業、能源）緊密協調以避免資源競用。事實上根據研究顯示，若碳價低於每噸200美元時，以此製程處理城市固體廢物和林業殘留物，其碳移除價值可能超過直接發展生質能源系統。
2. 挑戰：技術面的挑戰主要在於簡化和精進生物質收集、培養、運輸和預處理效率；商業化則須開發並標準化監測、計量、報告與驗證（MMRV）工具和架構。LCA的標準化將發揮關鍵角色，在考量排放的外部性效益等重要因素後，作為是否排入BiCRS路徑的決策點。
3. 技術研發活動：包括永續來源生物質的選擇和製備、提高副產品耐用性與除碳持久性、整合單元操作以降低成本、新設備或零件設計與製程減少輔助電力的需求、鑑別危險生物質、開發碳核算以及MMRV方法與技術、部署先進的檢測工具來收集所需的數據並開發自動分析能力。
4. 商業發展與市場建立活動：主要支援在不同環境下長時間運作的穩定性前導測試（pilot testing）以及實地驗證；同時推出碳移除採購實驗計畫獎（CDR Purchase Pilot Prize），是聯邦首次CDR信用額度的直接採購，用於驗證BiCRS的市場潛力與信用價值。
5. LCA、TEA與MMRV：與其他方法的差異在於必須評估土地利用變遷對碳封存的影響。

四、 增強礦化作用
1. 技術描述：增強礦化作用（Enhanced Mineralization）利用鹼性岩石（如碳酸鹽或矽酸鹽類礦物）與空氣、水中的二氧化碳發生化學反應，轉化為穩定的碳酸鹽化合物，實現永久性碳封存。這些加速風化的礦石最後可沉入海底或用於海岸線和農業用地。加速風化的技術可分為原位礦化（in-situ）、異位礦化（ex-situ）和地表礦化（surficial mineralization）三種，除位置不同外，異位礦化發生在受控環境，可以有更好的環控來優化反應，但須要更多的能源與資源；原位、地表礦化則對能源、資源的需求較少。
2. 挑戰：處於技術發展早期階段，但市場興趣快速增加，目前挑戰在於從實驗規模轉換到小批量前導測試以及商業驗證。將專注於以高位階能量導入加速礦化動力學、優化系統內及跨系統的製程條件、確保基準線及除碳量的準確評估、長期的環境影響與效益評估、制定特定的法規架構。
3. 技術研發活動：利用研究徵案、競賽及SBIR等方式激勵礦化方法、原料、應用地點等的研發。到2032年的發展策略包括：改善供應鏈的資源特性(鈣或鎂礦床、地質構造等)、透過前導試驗及現場驗證予以規模化、強化夥伴關係來建立供應鏈的回饋循環、協調MMRV架構與開發LCA最佳操作。
4. 商業發展與市場建立活動：FECM發佈增強礦化的採購實驗計畫獎（Purchase Pilot Prize），並在比賽過程發掘礦化的更多挑戰，作為日後聯邦採購的候選清單。
5. LCA、TEA與MMRV：透過前述活動來支援MMRV，發展出最佳LCA作業，證明選擇的方法能有效降低成本、達到經濟效益。