CCS kann negative Auswirkungen auf die Umwelt haben, die das Umweltbundesamt (UBA) bewertet hat ein Bericht aus dem Jahr 2018. Es besteht die Gefahr, dass Kohlenstoff aus Speicher- oder Transportleitungen austritt oder dass Salzwasser aufgrund des hohen Untergrunddrucks in Richtung Grundwasserspiegel gedrückt wird.

Im Normalbetrieb stellt dies kein wirkliches Problem dar. Dabei können die meisten möglichen Auswirkungen „im Rahmen des Genehmigungsverfahrens durch Auflagen, Vermeidungsmaßnahmen und Ausgleichsmaßnahmen geregelt werden“, so das UBA. Allerdings kann es bei Unfällen dazu kommen, dass innerhalb kürzester Zeit große Mengen CO₂ in die Umgebung gelangen.

CO₂ ist ein farb- und geruchloses Gas. An Land reichert sich CO₂ aufgrund seiner größeren Dichte als Luft in Bodennähe an. In hohen Konzentrationen kann es für Mensch und Tier schädlich sein. Es würde auch den pH-Wert von Grundwasser und Boden senken.

Auch das Einbringen von Kohlenstoff in den Boden kann seismische Aktivität verursachen. Es gab nur wenige Fälle, in denen die durch große Speicherprojekte oder EOR verursachte seismische Aktivität stark genug war, um von Menschen wahrgenommen zu werden. Allerdings könnte die Kohlenstoffinjektion möglicherweise zu Erdbeben führen, die Gebäude beschädigen oder Menschen verletzen.

Unter dem Meer, Kohlenstoff wird im Falle einer Leckage stark verdünnt. Ein starker Anstieg der CO₂-Konzentration und Versauerungseffekte werden vor allem auf lokaler Ebene erwartet, mit potenziell schädlichen oder sogar tödlichen Auswirkungen auf das Leben im Meer.

Die bei der CO2-Abscheidung verwendeten Chemikalien können auch zu einem Gesundheits- und Umweltproblem werden, und der Bau der CCS-Infrastruktur wird aufgrund des Baus oberirdischer Anlagen wie Injektionssysteme, Pipelines und Zufahrtsstraßen Folgen für die Umwelt haben.

Die groß angelegte Einführung von CCS könnte eine Vielzahl von Umweltauswirkungen mit sich bringen, da sie grundlegende Veränderungen im Energiesystem mit sich bringen könnte, wie beispielsweise in einigen Bereichen die Umstellung von Kohle auf Gas. Obwohl Kohle bei der Verbrennung mehr CO₂ ausstößt als Gas, ist Methan ein stärkeres Treibhausgas, sodass die Auswirkungen auf das Klima ähnlich sein könnten, wenn Methan entlang der Kohlekette austritt. Der Wert wird nicht kontrolliert.