A közvetlen szén-dioxid-leválasztás olyan ipari létesítmények építésére irányuló javaslat, amelyek a CO2-t közvetlenül a levegőből vonják ki. Óriási ventilátorok fújnák a levegőt egy olyan folyadék fölé, amely kémiailag kötődik a levegőben lévő CO2-hoz. A kémiai reakciók ezután eltávolítanák a CO2-t a folyadékból, lehetővé téve a folyadék újrahasznosítását és tiszta CO2-áram előállítását. Sok esetben ezt a tiszta CO2-t tömörítenék, és mélyen a föld alá, stabil kőzetformációkba szivattyúznák.

Ez az eljárás elméletileg lehetőséget kínál a CO2 megkötésére, de nagyon energiaigényes és sok pénzbe kerülne. A jelenlegi becslések szerint az Egyesült Államok éves szén-dioxid-kibocsátásának 25%-ának megkötéséhez annyi energiára lenne szükség, amennyit az ország egy év alatt termel.

Bár jelenleg is épülnek ilyen létesítmények, ezek jelenleg az évente kibocsátott CO2-nak csak egy nagyon kis töredékét kötik meg. Ráadásul a közvetlen levegőkiválasztó létesítmények elméleti fejlesztését rendszeresen felhasználják a kevésbé ambiciózus éghajlati célok igazolására, és ahol jelenleg szén-dioxidot kötnek ki, annak 95%-át nem zárják el, hanem további fosszilis tüzelőanyagok kitermelésére használják fel. Az új technológiák és a továbbfejlesztett eljárások hasznos eszközzé tehetik a közvetlen levegőkivonást az éghajlati vészhelyzet elleni küzdelemben, de még ha sikerül is kifejleszteni és skálázhatóan alkalmazni ezt a technológiát, szinte minden esetben olcsóbb és egyszerűbb lesz a CO2-kibocsátást a forrásánál csökkenteni.