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高碳能源是指碳(C)元素排放比例系数较高的一类燃料能源,例如煤炭及石油等均属于高碳能源。
目前正处于工业化发展阶段，产业结构是以高能耗、低效率、重污染的重化工业为主。化石能源不仅占主导地位，而且是以高碳性更强的煤炭为主，化石能源的特点和可再生能源的现状决定了煤炭在相当长时期占据突出地位。就我国而言，能源消费结构以煤为主（约70％），它既是主要能源，又是重要的化工原料。但化石能源的碳排放系数都很高，这一点不容忽视。其中煤炭约为2.66吨二氧化碳/吨标准煤，石油为2.02，天然气为1.47。这三个数据说明，煤炭是化石能源中碳排放系数最高的。因此，煤炭作为含碳最高的高碳能源，如何实现它的低碳化利用是必须要正视的问题。
煤炭的另一个特质，即储采比（指年末剩余储量除以当年产量得出剩余储量按当前生产水平尚可开采的年数）最大。当前，整个世界的煤炭储采比是120年，而中国是41年。这充分表明，中国煤炭丰富只是相对于石油、天然气而言。因此，即便煤在化石能源中的储采比最大，也必须高效利用。
碳排放趋势来看，在可预期的未来，中国的碳排放量可能不会大幅降低，甚至保持现状也很困难。他表示，我国已提出大力发展可再生能源和核能，争取2020年非化石能源占一次能源消费比例达到15％左右。这意味着到2020年，我国煤炭、石油等高碳能源的消费比例仍然高达70%～80%。
低碳经济的核心则是低碳能源技术，其基础是传统的化石能源高效洁净的利用和可再生能源等新能源的替代，即构建低碳型新能源体系。低碳能源技术的实质就是能源的洁净、高效、廉价开发和利用，包括可再生能源、新能源、煤炭能源的洁净化利用及温室气体排放与处理技术五个方面，特别还要包括节能新技术。
高碳能源低碳化的基本要求是高效率、低排放、少污染，实现的方式包括从源头、过程到终端的全生命周期，即加大原煤入洗比重，减少原煤输出和直接燃烧，从源头上控制污染物排放；加快煤炭高效转化技术开发，如多联产、先进燃烧、低碳产品合成等技术，降低煤炭消费强度，减少转化过程中的污染排放；加大煤炭及煤基产品消费环节污染物排放控制与治理技术的研发，如二氧化碳的捕集、利用和储存，实现煤炭及煤基产品的清洁化利用。其中，化学品和电力是高碳能源低碳化利用的最佳途径。
在高碳能源低碳化利用中，要特别注重节能和提高能效，这是最现实的高碳能源低碳化利用方式。在目前的碳减排统计中，二氧化碳填埋对碳减排的贡献为14.7%，新能源是21%，而通过节能所带来的碳减排则超过了40%。碳减排的主要技术是提高化石能源利用效率，特别是碳排放系数最高的煤炭利用的低碳化。数据表明，从2006年到2008年，由于全国单位GDP能耗逐年降低而节能3亿吨标准煤，相当于减排二氧化碳7.5亿吨。从这个意义上讲，节能减排也是高碳能源低碳化的重要途径。