In Kraftwerken werden Schwefeldioxid und andere Gase erfolgreich aus dem Rauchgas entfernt. Auch CO₂ lässt sich abtrennen, wobei allerdings sehr viel größere Mengen als bei anderen Gasen entsorgt werden müssen. Derzeit gelten drei Verfahren für die Abtrennung von CO₂ aus dem Kraftwerksprozess (Abb. 3) als aussichtsreich. Hierbei kann das CO₂ entweder vor oder nach dem Verbrennungsprozess abgetrennt oder durch die Verbrennung in einer sehr sauerstoffreichen Atmosphäre (Oxyfuel) auf Konzentrationen von über 90% angereichert werden. Die Prozesse unterscheiden sich durch den Energieaufwand, die chemische Reinheit und die erreichbaren Abscheideraten des CO₂, den Platzbedarf sowie die Anwendung von Waschflüssigkeiten und die Möglichkeit der Nachrüstung bestehender Kraftwerke.

Post-Combustion (CO₂-Abtrennung nach der Verbrennung)

Bei diesem Verfahren wird CO₂ nach der Verbrennung mittels einer chemischen Rauchgaswäsche abgeschieden. Das unter niedrigen Partialdrücken stehende Abgas wird in einer Absorptionseinheit in Kontakt mit einer Waschflüssigkeit (z. B. alkalische Lösung) gebracht und löst sich in dieser. Durch anschließende thermische Desorptionsprozesse wird CO₂ abgetrennt und abgeleitet. Anschließend kann die Waschflüssigkeit erneut eingesetzt werden. Dieses Verfahren ist bislang am weitesten entwickelt und eröffnet die Perspektive der Nachrüstung bestehender neuerer Kraftwerke. Es ist allerdings vergleichsweise energie- und kostenintensiv.

Oxyfuel

Bei diesem Verfahren trennt man den Stickstoff aus der Luft bereits vor der Verbrennung ab und setzt nur die fast vollständig aus Sauerstoff bestehende „Restluft“ ein. Damit wird die Abgasmenge um ca. 75% reduziert und dieses Gas besteht zu ca. 70% aus CO₂. Der Rest ist Wasserdampf, der auskondensiert wird. Am Ende liegt das CO₂ hochkonzentriert vor. Bei der Verbrennung mit sehr hohem Sauerstoffanteil muss man die Entstehung materialbelastender Höchsttemperaturen vermeiden. Bislang erfolgt die Luftzerlegung durch Kältetechnik („Ausfrieren“ des Stickstoffs), die einen erheblichen energetischen und anlagentechnischen Aufwand erfordert. Die Forschung arbeitet an energiesparenden Trennverfahren mittels Membranen. Für das Oxyfuelverfahren sind noch weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig. Einzelne Testanlagen an Kraftwerken sind bereits in Betrieb.

Pre-Combustion (Abtrennung vor der Verbrennung - Kombikraftwerk) 

Auch dieser Prozess setzt nur den aus der Luft vorab abgetrennten Sauerstoff ein. Kohle wird vor der Verbrennung in ein Synthesegas umgewandelt, welches überwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid (CO) besteht. Durch Zugabe von Wasser dampf wird das CO zu CO₂  umgesetzt und weiterer Wasserstoff generiert. Das dann sehr wasserstoffhaltige Synthesegas wird verbrannt und in einem kombinierten Gas und Dampfturbinen-Kraftwerksprozess  benutzt. Die Abtrennung des CO₂ übernimmt eine Gaswäsche. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass derartige Kraftwerke auch mit nahezu vollständiger CO₂-Abtrennung einen  Wirkungsgrad von über 40% erbringen und auch in der Lage sind, synthetische Treibstoffe und chemische Grundstoffe zu erzeugen. Mittelfristige Forschungsziele sind die ökonomische Optimierung des Prozesses, die Anpassung der Gasturbine an das wasserstoffreiche Brenngas sowie die Optimierung des Vergasungsprozesses und der CO₂-Abtrennung. In Deutschland soll nach diesem Verfahren 2014 das erste IGCC-Kraftwerk (Gas- und Dampfturbinenprozesse mit integrierter Kohlenvergasung) mit nahezu vollständiger CO₂-Abtrennung in Betrieb gehen.