mały|200px|Biosekwestracja CO2 może być realizowana przy użyciu instalacji z glonami Biosekwestracja – wychwytywanie i magazynowanie dwutlenku węgla, przy udziale procesów biologicznych.
Naturalne procesy doprowadziły do powstania w poprzednich epokach geologicznych paliw kopalnych takich jak ropa naftowa, węgiel kamienny i brunatny oraz gaz ziemny. Zgromadzone w litosferze paliwa kopalne są współcześnie wykorzystywane w gospodarce człowieka, co skutkuje powrotem zmagazynowanych w skałach związków węgla do atmosfery i potęgowaniem efektu cieplarnianego, czyli globalnym ocieleniem. Praktyki polegające na zwiększeniu efektów zachodzenia fotosyntezy poprzez zalesianie, zapobieganie wylesianiu, uzyskiwanie transgenicznych roślin pozwalają na zwiększenie ilości związków węgla obecnych w glebie i roślinach przy jednoczesnym zmniejszeniu zawartości tych związków w atmosferze. Możliwe jest także pochłanianie emitowanego przez instalacje przemysłowe CO2 w bioreaktorach zawierających glony.
Udział roślin w magazynowaniu CO2 thumb|300px|Udział biosfery w obiegu węgla w przyrodzie Dwutlenek węgla jest, po parze wodnej, najważniejszym gazem cieplarnianym wpływającym na obserwowany na Ziemi efekt cieplarniany. Bezpośrednie pomiary i dane szacunkowe pozwalają stwierdzić, że stężenie CO2 w atmosferze wzrosło z 280 ppm w roku 1750 do 393 ppm w roku 2007 i nadal roślinie w tempie około 2 ppm na rok. Wzrost stężenia dwutlenku węgla jest zmniejszany przez oceany, w wodach których rozpuszcza się, część z rozpuszczonego w wodzie CO2 jest wiązana chemicznie przez fotosyntezę fitoplanktonu, a część wchodzi w reakcje chemiczne. Negatywne z punktu widzenia człowieka zmiany w biosferze i klimacie związane z globalnym ociepleniem mogą być spowolnione lub zatrzymane w wyniku biosekwestracji. Tylko w biosferze lądowej zgromadzone jest 2000 Gt węgla.
Ponowne zalesianie i zapobieganie wylesianiu mały|200px|left|Duże ilości węgla zgromadzone są w roślinach lasów tropikalnych Według szacunków ekspertów z Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) wycinanie lasów jest przyczyną 20% emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. Wyróżnione zostały cztery sposoby zwiększenia biosekwestracji poprzez ponowne zalesienie i zabieganie wylesianiu. Pierwszy z nich polega na zwiększaniu powierzchni lasów. Drugi to wszystkie działania prowadzące do zwiększenia ilości zmagazynowanego węgla w już istniejących lasach. Trzeci element to zwiększanie wykorzystania produktów leśnych i zastępowanie nimi produktów powstających z paliw kopalnych. Czwarty element strategii to dążenie do zmniejszenia emisji CO2 bezpośrednio związanej z wycinaniem i niszczeniem lasów.
mały|300px|Wylesianie przebiega często według wzorca określanego jako „rybi szkielet”. Na zdjęciu postępujące wylesianie wokół miasta Rio Branco, Brazylia. Według informacji przedstawionych przez australijską federalną agencję CSIRO, leśnictwo i powiązana z nim część gospodarki w najprostszy sposób jest w stanie zmagazynować rocznie 105 mln ton CO2, począwszy od 2010 roku, czyli około 75% emitowanego na obszarze Queensland. Strategia magazynowania CO2 poprzez zalesianie została uznana za podstawową, ze względu na łatwość jej realizacji oraz dodatkowy efekt w postaci zwiększenia różnorodności biologicznej, związanej ze zwiększaniem powierzchni lasów. Zakłada się magazynowanie 77 mln ton CO2 na rok. Regulacje prawne mające zapewnić realizację zakładanych celów obejmują trwałą ochronę lasów parków narodowych oraz ekosystemów wpisanych na Listę światowego dziedzictwa UNESCO, a także odpowiednie zarządzanie oraz zakaz wycinania lasów tropikalnych i eliminację nieefektywnej gospodarki leśnej takiej jak wycinanie lasów pierwotnych.
mały|300px|Zdjęcie satelitarne dokumentujące wylesianie w Malezji (Borneo) W wyniku starań krajów rozwijających się (grupa 77) podczas Szczytu Ziemi w roku 1992 w Rio de Janeiro podpisano niezobowiązującą prawnie deklarację dotyczącą kierunku rozwoju, ochrony i użytkowania lasów, w której łączy się problem wylesiania, długu i niedostatecznego transferu nowych technologii do krajów Trzeciego Świata. Deklaracja przywiduje sprawiedliwy podział kosztów ochrony lasów w ramach społeczności międzynarodowej. W kolejnych latach podczas Intergovernmental Panel on Forests (IPF) w roku 1995 i Intergovernmental Forum on Forests (IFF) w roku 2001 grupa 77 żądała taniego dostępu do technologii przyjaznych dla środowiska z jednoczesną rezygnacją z ochrony praw własności intelektualnej oraz funduszy na ochronę lasów. Eksperci działający w United Nations Forum on Forests (UNFF) zgodzili się z takimi żądaniami w raporcie z roku 2004. Jednak w roku 2007 przedstawiciele krajów rozwiniętych po raz kolejny odrzucili możliwość dostarczania nowych technologii i finansowania ochrony lasów w krajach rozwijających się.
mały|300px|Australia jest największym producentem paliw kopalnych i ma niewielką powierzchnię lasów mały|300px|Wycinanie lasów na Haiti W grudniu 2007 roku po dwuletnich negocjacjach rządów Papui-Nowej Gwinei i Kostaryki przedstawiciele United Nations Framework Convention on Climate Change (FCCC) podjęli się przeprowadzenia badań nad sposobami redukcji emisji CO2 związanej z wylesianiem oraz możliwości zwiększenia zasobów węgla w ekosystemach leśnych krajów rozwijających się. Badania mają umożliwić finansową rekompensatę dla państw, którym uda się powstrzymać wylesianie i zatrzymanie niszczenie lasów, poprzez oszacowanie ilości węgla zatrzymanego w ekosystemach leśnych. Model przewiduje możliwość sprzedaży prawa do emisji przez Coalition of Rainforest Nations państwom, które przekraczają limity ustalone w ramach protokołu z Kioto. Przedstawiciele Brazylii, państwa o największej powierzchni lasów tropikalnych, są jednak przeciwni modelowi handlu emisjami i dążą do utworzenia funduszu wielostronnej pomocy z darowizn krajów wysorozwiniętych przeznaczonego dla krajów rozwijających się. Realizacja Programu Zapobiegania Wylesianiu i Degradacji Lasów (ang. Programme on Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation - REDD) będzie skuteczna, jeżeli w poszczególnych państwach możliwe będzie dokonanie pomiaru ilości węgla zgromadzonego w ekosystemach leśnych oraz możliwe będzie kontrolowanie użytkowania gruntów na poziomie lokalnym i udowodnienie ograniczenia emisji CO2.
Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (UNFCCC) nakłada na strony obowiązek inwentaryzacji antropogenicznej emisji gazów cieplarnianych oraz okresowego udostępniania zebranych danych. Sprawozdania państwa członkowskiego muszą obejmować sześć sektorów: energetykę, procesy przemysłowe, rozpuszczalniki i inne produkty, rolnictwo, odpady oraz użytkowanie gruntów i zmiany użytkowania gruntów i lesistości (ang. land use, land use change and forestry - LULUCF). Zasady obliczania i prezentowania danych z emisji gazów cieplarnianych z sektora LULUCF zostały ustalone w ramach protokołu z Kioto. Dane od państw zostały zamieszczone w dwóch głównych sprawozdaniach IPCC.
ONZ w roku 2010 rozszerzyła program REDD do wersji REDD+, w efekcie fundusze przeznaczone są nie tylko na zalesianie, ale także na zrównoważaną gospodarkę leśną. Artykuł 3.3 protokołu z Kioto wymaga przedstawienia danych o zalesianiu (na terenach pozbawionych lasów przez ostatnie 50 lat), ponownym zalesieniu (bez lasów istniejących przed 31 grudnia 1989) i wylesianiu. A także zgodnie z artykułem 3.4 przedstawiania informacji o obszarach z gospodarką rolną, obszarach pastwisk, obszarach z odtwarzaną szatą roślinną oraz obszarach leśnych.
Australian National Greenhouse Gas Inventory (NGGI), raport przedstawiony przez władze Australii zawiera informacje o 69% udziale w emisji sektora energetycznego, 16% udziale rolnictwa, 6% LULUCF. Od roku 1990 emisja z sektora energetycznego wzrosła w tym kraju o 35% a emisja z LULUCF spadła o 73%. Raport sporządzony przez niezależną organizację Statewide Landcover and Trees Study (SLATS) dla Queensland szacuje emisję w okresie 1989/90 i 2000/01 na około 50% większą niż szacunki Australian Federal Government’s National Carbon Accounting System (NCAS).
Ważnym narzędziem w określaniu poziomu zalesiania i wylesiania stały się zdjęcia satelitarne. Program NASA Landsat Pathfinder Humid Tropical Deforestation Project pozwolił na zebranie dokładnych danych o wycince lasów na obszarze Amazonii, Ameryki Środkowej i Azji Południowo-Wschodniej w okresach obejmujących lata 70., 80., 90. XX wieku.
Zwiększona fotosynteza mały|300px|Pole kukurydzy wiąże więcej CO2 niż pole z roślinami C3 Biosekwestracja może być realizowana w wyniku zwiększenie wydajności fotosyntezy, co jest możliwe między innymi poprzez modyfikację genetyczne prowadzące do zwiększenia karboksylującej aktywności roślinnego enzymu Rubisco. Badania obejmują także udział roślin C4 w regulacji zawartości CO2 w atmosferze. Fotosynteza C4 jest obecna tylko u około 1% gatunków roślin lądowych, jednak te gatunki są odpowiedzialne za powstawanie 5% biomasy i około 30% wiązania CO2 na lądach. Większość roślin przeprowadza fotosyntezę C3, w której pierwszym trwałym produktem fotosyntezy jest związek trzywęglowy. Podstawowym enzymem odpowiedzialnym na asymilację węgla w tych roślinach jest Rubisco, który łączy CO2 z rybulozo-1,5-bisfosforanem, jednak katalizuje też reakcję utleniania RuBP, będącą pierwszym etapem szlaku metabolicznego określanego jako fotooddychanie. Proces fotooddychania chroni rośliny przed fotoinhibicją występująca w niesprzyjających warunkach środowiska, jednak jednocześnie prowadzi do utraty około 50% asymilowanego węgla. Fotosynteza C4 poprzez koncentrację CO2 w komórkach zawierających Rubisco eliminuje utratę zasymilowanego węgla w procesie fotooddychania. Naukowcy prowadzą prace nad modyfikacją powszechnie uprawianych roślin takich jak pszenica, jęczmień, soja ziemniaki, ryż, tak aby przy użyciu metod inżynierii genetycznej doprowadzić do uruchomienia szlaku C4 u tych roślin.
Biowęgiel
W Amazonii w wyniku termochemicznej dekompozycji materii organicznej wytwarza się materiał o dużej zawartości substancji zbliżonej do węgla drzewnego, określanej jako biowęgiel, który jest używany do wytwarzania żyznej gleby, zwanej terra petą. Duża zawartość biowęgla w glebie poprawia chłonność wodny, przez co zwiększa jej żyzność, co wpływa korzystnie na wydajność rolniczą. Kilka firm opracowało technologie, które pozwalają z odpadowej biomasy powstającej w rolnictwie uzyskać biowęgiel. Stosunkowo prosta technologia pozwala uzyskać 30-40 ton substancji o charakterze węgla drzewnego z 96 ton suchej biomasy. Technologia pozwala uzyskiwać energię z biomasy takiej jak łuski ryżu w kuchence o prostej konstrukcji, a biowęgiel jest produktem odpadowym jej działania. Większość badań oraz działania polityczne koncentrują się na zwiększeniu wykorzystania biomasy do celu produkcji energii jako alternatywa dla paliw kopalnych. Zagęszczenie węgla i jego wykorzystanie do poprawy właściwości gleby może być alternatywnym sposobem łagodzenia wpływu człowieka na klimat. Większa akumulacja węgla w glebie i jednoczesnej poprawa wydajności upraw jest ograniczona do niewielkich obszarów geograficznych, w których takie praktyki mają miejsce. Ograniczone analizy wskazują, że ta forma magazynowania węgla jest o ponad 30% tańsza niż geosekwestracja.
Udoskonalone praktyki rolne i hodowlane mały|200px|Pastwiska stanowią znaczący rezerwuar węgla w skali planety