气候变化是当代面临的最严峻挑战之一。化石能源的过度使用加速了气候变化和地球表面升温人为的过程。当前地球表面CO2浓度400～450ppm，接近临界值500～550ppm。全球气候开始变暖，冰川融化，海平面上升，恶劣气候频繁发生。科学家预测，当前地球生态的警戒线是把1850年以来的地表温升控制在2℃以内；一旦超过2℃的“非线性气候引爆点”，就会朝着6-7度的严酷升温发展，全球变暖将无法控制；导致物种甚至人类毁灭。此外，气候变化导致的风暴、热浪、洪水、冰灾等灾害也正在加剧。然而近年来CO2的排放仍呈加速的趋势。人类迫切需要有一个共同的国际协议来划分责任，落实避免灾难的规划和进程。

    1997年的《京都议定书》，要求发达国家在1990年基准上，2008-2012年的5年间减排5.2%。2007年的《巴厘行动计划》提出了提高终端利用能效，提高电网效率，加速以天然气替代煤，发展可再生能源，工业和发电用能产生的CO2的扑集和封存（CCS）等7项减排措施。最近的2011年12月的德班气候大会通过了一份迈向公约的路线图，公约将首次把主要温室气体排放国臵于单一法律架构下，并决定实施《京都议定书》第二承诺期，从2013年开始实施，并启动绿色气候基金。

    《哥本哈根协议》之后，全球初步建立了共同应对气候变化的国家法律和政治基础，节能减排、走低碳经济之路成为各国共识。奥巴马上台以后提出能源新政，在温室气体排放上承诺以2005年为基点，2020年减排20％，2030年减排42％，2050年减排83％；欧盟承诺到2020年将其温室气体排放量在1990年的基础上至少减少20％，并且愿意与其他主要排放国一道将减排目标提高到30％；日本承诺到2020年将温室气体排放量减少1990年时25％的水平；中国承诺到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40％～45％；印度承诺2020年使该国温室气体排放量在2005年基础上减少24％。

    图1：天然气在我国目前的一次能源消费结构中只占4%

    图2：天然气在我国未来理想的一次能源消费结构中将提升至17%

    据《中国低碳能源战略探讨》的研究，要实现上述减排目标，可以估算出2030年相应于人均2.8吨CO2的排放控制目标，一次能源的具体构成大致应为：非化石能源占40%，石油和天然气30%，煤30%，但是煤的一半须采用CCS利用。我国城市二氧化碳减排问题更为严峻，要实现上述目标，相应的中国能耗构成应是：非化石能源27%，石油16%，天然气17%，煤40%（其中近一半采用CCS利用）。

    中国要实现减排目标，很重要的提高能效措施是尽快增加天然气在一次能源构成中的比率。因为我国现在90%以上的GDP是近20年新增的；其中的工业、建筑和交通等增加部分，相当多是从国外（成套）引进的技术和设备，但能效却比国外低13个百分点之多的重要原因与煤多气少相关。中国的煤电转换效率约35%，而天然气联合循环发电效率为50-55%；天然气冷热电联供（DES/CCHP）的能源利用效率更在70%以上。中国天然气在一次能源中的比率经过几年的努力才从2.7%提高到4%左右，远低于世界平均的24%。

    图3：我国天然气能源消费比重4%远低于世界主要国家的20%多

    中国是煤炭资源比较丰富的国家，与世界能源消费结构相比，我国的一次能源消费结构“失调”严重，煤炭依然在中国能源消费总量中占主导地位，石油消费快速增长，而天然气和核能则尚处于起步阶段。风能、太阳能、核能、生物质能、地热能、海洋能等“新能源”，在目前中国的能源结构中所占比例仅仅在7%左右。它们对中国的工业化、城市化、现代化发展的贡献度显然很低，“新能源”只是刚刚进场的替补队员。

    为实现中国2050年能源需求与保障供应的可能性，化石能源在中国能源消费结构中的比重将由现今的90%左右降低到2050年的70%以下，而非化石能源比例达到30%。但中国的能源结构调整，建立可持续能源体系是一个长期持续的过程。在改革开放30年中建成的煤炭、石油、电力（火电、水电）等大工程，生命周期一般都还有20-30年，这种能源结构的长周期锁定效应是刚性的，它与地方发展、就业、民生、社会稳定都高度相关，要改变在技术上也是很难短期内做到的。

    在这种情况下，根据我国能源消费特点，进行低碳能源技术创新以发展低碳经济，除了加快发展可再生能源及新能源替代工艺、改善优化能源消费结构外，主要途径是实现高碳能源的低碳化利用，也就是对传统化石能源的高效清洁利用。