一、崭新的绿色引擎
1.新的能源基础
伫立于又一个文明飞跃的历史转折点之上，人类社会将迎来翻天覆地的革命，新涌现出来的生产体系要求整个能源结构加速向清洁高效的方向转换。碳基能源时代已临近尾声，新时代的能源基础正在逐渐形成。人类走上一条“从低碳到高碳，最终回归低碳，走向碳循环和无碳”的能源发展道路。
能源低碳化就是要发展对环境、气候影响较小的低碳替代能源。这是一个全新的能源基础，它将具有大大不同于工业时期的特点。原来污染性的、一次性的原料，将转向清洁可再生的能源物质；原来高密度、高热值的碳基燃料，将变为取材广泛、形式多样的低碳和无碳资源；原来高度密集型的能源生产模式，将转向集中与分散相结合的模式；原来有悖于自然、危害环境的能源开发，将在基于生态文明的和谐能源理念下不复存在。
能源体系在经历一场革命，可再生能源技术、新型发电技术、碳捕获与封存技术、节能技术等各种低碳技术之下，包括太阳能、风能、生物质能、核能、地热能、海洋能、水能和氢能等清洁和可再生能源陆续被开发出来。随着低碳技术的进一步发展，这类新能源的占比将不断提高，甚至会出现在21世纪还想象不出来的其他能源，共同取代碳基能源。
新的技术、新的能源、新的模式，我们第一次看到一个原理几乎与近三百年来旧有原理完全对立的能源基础的轮廓。而这种颠覆性的“对立”，代表的是文明的飞跃。百年之后回首，我们在惊叹碳基能源野蛮的同时，将更加坚信低碳能源的力量以及人类和自然的未来会更美好。
2.抢占新能源先机
各国都在争夺能源的先机，积极寻找新的途径，以迎接扑面而来的第四次浪潮。面临不可阻挡的大趋势，即使是石油输出国组织也准备卷起帐篷悄悄转移。据国际能源署不完全统计，已有50多个国家和地区制定了激励可再生能源发展的政策。
奥巴马政府上台执政以来，抛出“新能源计划和气候政策”，计划用3年时间使美国新能源产量增加一倍，到2012年，将新能源发电占总能源发电的比例提高到10%，2025年这一比例将增至25%。
日本经济产业省制定最新计划，到2030年，风力、太阳能、水力、生物质能和地热等的发电量将占日本总用电量的20%。计划将太阳能发电量增加20倍，新型环保汽车使用量增加40%。
德国通过了温室气体减排新法案，使风能、太阳能等可再生能源的利用比例从现在的14%增加到2020年的20%。
欧洲议会于2008年12月17日批准了欧盟能源气候一揽子计划，以保证欧盟到2020年把新能源和可再生能源在能源总体消耗中的比例提高到20%。
澳大利亚2008年12月17日公布了可再生能源立法草案，要求到2020年该国可再生能源占总能源的比例升至20%。
韩国将在2030年前投资1030亿美元用于开发可再生能源，把化石能源比例从目前的83%减少到61%，把可再生能源比例从目前的2.4%提高到11%。
中国强调发展具备自身特色的新能源经济，加强新能源的技术研发，大力增加对新能源产业的投资，创新体制，促进新能源的发展，实现由能源大国向能源强国的跨越。
丹麦是生态村理念的首创国，也是能源问题解决得最好的国家之一。1973年第一次石油危机后，丹麦大力调整能源结构，依靠科技进步，提高能源效率，积极开发和大力推广新能源，探索出了一条“高效、清洁、可持续”发展的道路。
二、核能
小小原子核，巨大能量源。在科幻电影里，核能频繁地出现在未来的科技、军事应用之中，它的能量让每个人惊叹不已。而过不了多久，科幻或许就将成为现实，核能可能会出现在社会应用的各个领域，便利人类的生活。
（1）两种核能
核能是人类历史上的一项伟大的发明，它的出现开拓了能源利用的全新领域。从19世纪末发现电子到对放射性元素的探索，从爱因斯坦的质能转换公式到一系列原子核实验，再到1945年美国芝加哥大学成功启动第一座核反应堆，核能的发展经历了漫长的探索、发现和研究。
核能分为两种，一种叫核裂变能，一种叫核聚变能。核裂变能是通过一些重原子核裂变释放出能量，例如，一个铀-235原子核在中子的作用下裂变生成两个较轻的原子核，在这个过程中释放出的能量就是核裂变能。核聚变能是由两个氢原子核结合在一起释放出的能量，例如，氢的同位素氘和氚的原子核结合在一起生成氦，在这个过程中释放的能量就是核聚变能。
20世纪中期到21世纪初，核聚变主要应用在军事领域，其在能源方面的利用为“受控核聚变”或“受控热核反应”，即通过有控制地缓慢地释放核聚变能达到大规模地和平利用，但由于技术难度大未实现工业化应用。相比之下，核裂变技术更加成熟可控，因此达到了工业应用规模。人类根据核裂变原理，利用反应堆产生的核能作为动力，代替燃烧化石燃料产生的能量，去发电、供热来推动船舰等，其中核电是核能对人类经济的主要贡献。
（2）核能发电
核电是由核能转化为水和水蒸气的内能，然后转化为发电机转子的机械能，最终产生电能。核电站是利用核能发电的新型发电站，其设计的关键是反应堆，链式裂变反应就在其中进行。
核电是一种清洁高效的能源，相对于火电而言，其发电成本普遍低于燃煤、燃油发电成本，而且具有显著的清洁特性。一座百万千瓦的火电站需要260万吨煤，而核电站只需要30吨的铀原料就可以。核电站一年产生的二氧化碳是同等规模燃煤电站排放量的1.6%，核电站不排放二氧化硫、氮氧化物和烟尘。未来核电占能源结构的比例将不断增加，核电必然成为新能源的重要组成部分。
未来发展核电的关键是核燃料。核裂变的主要原料是铀，铀是高能量的核燃料，然而陆地上铀的储藏量并不丰富，且分布极不均匀。因此，发展核能必然要向别的领域进军，开发核资源。
（3）海洋的核资源
在巨大的海洋水体中，含有丰富的铀矿资源。据估计，海水中溶解的铀的数量可达45亿吨，相当于陆地总储量的几千倍。如果能将海水中的铀全部提取出来，所含的裂变能可保证人类几万年的能源需要。人们已经试验了很多种海水提铀的办法，如吸附法、共沉法、气泡分离法以及藻类生物浓缩法等。这些技术的成熟将使海洋成为人类开发核能最重要的铀资源库。
除了铀资源，海洋中还储藏着大量的氘、氚等轻元素资源，它们的原子核可以在一定的条件下互相碰撞聚合成较重的原子核——氦核，同时释放巨大的核能。一个碳原子完全燃烧生成二氧化碳时，只放出4电子伏特的能量，而氘—氚反应时能放出1780万电子伏特的能量。每升海水中含有0.03克氘，这0.03克氘聚变时释放出来的能量相当于300升汽油燃烧的能量。海水的总体积为13.7亿立方千米，共含有几亿亿千克的氘。这些氘的聚变所释放出的能量足以保证人类上百亿年的能源消耗。而且氘的提取方法简便，成本较低，核聚变堆的运行也是十分安全的。
（4）月球的核宝藏
月球上的土壤中含有丰富的氦-3，氘与氦-3聚变反应释放的能量比氘、氚聚变反应释放的能量还要大，而且采用氦-3的聚变来发电，会更加安全。
在20世纪60年代末和70年代初，美国阿波罗飞船登月时，六次带回368.194千克的月球岩石和尘埃。科学家将月球尘埃加热到3000华氏度时，发现了氦及一些其他物质。经进一步分析鉴定，月球上存在大量的氦-3，如果供人类作为替代能源使用，足以使用上千年甚至上万年。而地球上的氦-3总量仅有10～15吨，可谓奇缺。
在月球开采氦-3宝藏将成为未来一个阶段人类太空勘探项目的主要目标。俄罗斯能源太空公司Energia公司总裁尼克雷？塞瓦斯蒂亚诺夫称：“我们计划2015年前在月球建立永久基地。对稀有同位素氦-3的工业化开采将于2020年在月球开始。”美国目前仍是唯一有宇航员在月球上行走过的国家，美国国家宇航局也将氦-3的存在视为开展月球开发的绝好理由。中国和日本也有意在月球建立基地，两国和美国一样，可能选择在21世纪20年代开始进行月球勘探。
三、天然气
在转向低碳能源的过程中，天然气也将发挥重要的作用。天然气是蕴藏在地层中的可燃气体，它是埋藏在地下的生物有机体经过漫长的地质年代和复杂的转化过程生成的。天然气的主要成分是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和硫化氢、氮等气体。与其他化石燃料相比，天然气燃烧时仅排放少量的二氧化碳粉尘和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物，是一种清洁的能源。
天然气每单位能源所产生的二氧化碳是煤的一半，但因为天然气可以更有效地使用，因此同煤相比，天然气可以减少75%的二氧化碳排放。在今后几十年通向低碳能源的道路上将要使用更多的天然气，因为在可承受的可再生能源一时难以获得的时候，必须提供一种碳密集型程度较低的过渡燃料。天然气资源不像石油那样已经被严重开采，今后几十年可能大幅度增加天然气的生产。
（1）天然气应用
天然气主要用于发电，以天然气为燃料的燃气轮机电厂的废物排放水平大大低于燃煤与燃油电厂，而且发电效率高，建设成本低，建设速度快。随着高碳能源的逐步淘汰，低碳清洁的天然气将被广泛地使用，除了发电还将用于民用及商业燃气灶具、热水器、汽车燃料、采暖及制冷，或用于化工原料、造纸、冶金、采石、陶瓷、玻璃等行业，还可用于废料焚烧及干燥脱水处理。
未来，用天然气替代液化石油气来实现城市燃料洁净化，天然气高效联供城市建筑、交通用能，天然气调峰发电等的节能减排效果，自不待言。此外，天然气还可以与环保产业相结合。从垃圾填埋场、牲畜饲养场和污水处理厂收集甲烷生物气体以补充天然气。要不然，这些气体就会排入大气中造成污染。在德国，环保处理产生的甲烷生物气体已经加入到改进过的天然气管道中。
（2）可燃冰
可燃冰，学名天然气水合物，它是在一定条件下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，甲烷分子含量超过99%的天然气水合物通常称为甲烷水合物。天然气水合物分解释放的天然气主要是甲烷，它比常规天然气含有更少的杂质，燃烧后几乎不产生环境污染物质，因而是理想的洁净能源。
天然气水合物广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境中。世界上天然气水合物中碳总量可能是地球上其他化石燃料中碳总量的两倍。天然气水合物中温室气体甲烷的总量可能是现在大气中甲烷总量的3000倍。由于其分布广泛、资源量巨大、埋藏浅、规模大、能量密度高、洁净等特点，天然气水合物被认为是地球上尚未开发的最大未知能源库，很可能成为人类新的能源物资来源。然而，天然气水合物也是一种碳基能源，如何中和开发大量甲烷将对环境产生的负面影响，预防地质和气候灾害，是启用这一庞大能源库的前提条件。
四、清洁煤炭
当低碳成为全球能源行业的前进方向，以往所谓“最不清洁”的煤炭也必须放下身段，寻求清洁利用的途径。清洁煤炭技术是未来的发展趋势，已经引起了世界各国的高度重视。煤炭清洁转化较多以煤气化为基础，以实现二氧化碳零排放为目标，将高碳能源转化为低碳能源的新型煤化工技术。
当前在世界范围内比较成熟的煤资源清洁转化技术有六种，并且这些技术大都实现了产业化生产。这六种技术分别为：煤气化技术，煤液化技术，煤制甲醇、二甲醚、烯烃等技术，煤制合成天然气技术，煤制氢技术，二氧化碳捕获与储存技术。在这些技术中，煤制油、煤制甲醇、二甲醚、烯烃、煤发电、煤制气、合成代用天然气等在近期来看显得更具成本“亲和力”和可操作性。从更长远的角度来看，碳捕捉与储存技术以及整体气化联合循环发电技术，将是清洁煤炭碳减排技术真正的突破方向。
（1）二氧化碳变石头
对于大多数人来说，CCS是个陌生的名词，但如果说一项名为碳捕获与储存的技术能够让二氧化碳变成石头，从而拯救越来越热的地球，也许你我就不会觉得它们“与我无关”了。
让二氧化碳变成石头是对CCS奇妙作用的一个比喻。未来，碳捕获与储存技术将在燃煤、燃气发电站以及其他碳排放密集产业各个领域中大显神通。它的原理很简单，就是将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放大户排出的二氧化碳收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中去。这项技术要求在产生大量二氧化碳排放的地方，将二氧化碳隔离、压缩，然后抽到地下干枯的油气井和合适的地质层中，利用岩层封闭起来。
