以能源开采效率为例，如果按开采效率32%计入，则从开采、加工、转换、运输到终端用新设备的能源系统总效率为9.3%，不到发达国家的50%（崔民选，2007），通过提高能源效率减少碳排放对于中国来说有着巨大的空间。一般来讲，低碳技术主要针对电力、交通、建筑、冶金、化工、石化、汽车等重点能耗部门，既包括对现有技术的应用，近期可商业化的技术，也包括远期可能应用的技术。《斯特恩报告》预测，到2050年，碳捕捉和存储技术（CCS）可为降低全球二氧化碳排放做出20%的贡献，而能效提高技术对减排的贡献可能达到50%以上。
3.2.3城市和城市化是碳排放增加的根源吗
在谈到碳排放因素的时候，许多学者把城市化及城市建设与人口增加、经济增长等因素一起作为碳排放的主要来源来分析，通过实证认为，不管是全球范围还是不同收入水平的国家或地区，城市化都与能耗和碳排放正相关（Fan，Y，etal，2006），其理由一般有三：首先，能源的生产性消费以工业和城镇为主，同时，与人口城市化进程相伴的居民消费水平的提高和生活方式的改变使得对生活性能源消耗的直接与间接需求增长，一般认为城市居民人均能源消费量是农村居民的3.5至4倍。因此，在化石能源占主要比重的能源结构条件下，城市化进程直接推动了碳排放的增长。其次，人口城市化的推进使得城镇基础设施及居民住宅建设的需求量相应增大，拉动了水泥、钢铁等高耗能行业的生产与消费，由此产生的碳排放相应增长。第三，人口城市化进程往往伴之以耕地、林地的占用，使得土地利用变化导致的碳排放相应增加。
表面上看，这样的分析并无不妥。但是当我们进一步分析城市化与工业化的关系、城市化与生态环境保护之间的关系以及城市发展与社会进步之间的关系的时候，我们就会发现有不同的结论。
第一，城市化是工业化的载体。城市化是由工业化来推进的，工业化的过程同时也就是城市化的过程。工业化与城市化之间的关系可形象地称之为“发动机”与“加速器”的关系。城市化如能适应工业化发展的要求，则会推动工业化的加速推进。否则，就会延缓甚至阻碍工业化的进程。工业化过程之所以对城市化产生要求，首先是因为城市的发展效率更高。资本总是选择最有效率的地方投资。城市相比农村，有着更高的效率；相比一般城市，中心城市有着更高的效率。
其次，工业资本之所以选择城市，很大程度上是出于基础设施的规模效益。道路、通信、上下水道、垃圾处置和污染治理，都要求工业和居住有一定程度的集中。医疗、教育、文化和体育方面的公共设施也需要相对集中的人口支撑。任何国家都不可能在广大农村按照城市乃至中心城市的标准配备这些公共设施。否则，这些设施的投资会是无效的，而投资的无效本身又会抑制投资。农村和小城镇之所以难以拥有中心城市的基础设施水平，原因就在于此。再次，从第三产业的发展考虑，也应该尽可能地推进城市化。城市化过程不仅仅是居住和生产场所的移动，更为重要的，是生活方式的转变。工业化过程提高了人们的收入水平，但收入增量并不必然或同步地使生活质量提高。在传统的农村社区，人们将“生产”的概念局限于物品生产，而服务主体上是通过家庭的自我供给和邻里亲缘网络的互助提供的。在就地工业化方式下，当富起来的农民仍居住在传统农村社区时，其观念、行为和亲缘网络依旧，因而生活方式的转变非常缓慢。在这样的条件下，商业性服务业是很难成长起来的。只有在城市化之后，原有家族和邻里关系淡化，自给自足的生活方式才会随之转向对社会化服务的依赖，第三产业才会得到迅速发展。从这个意义上说，城市是人口与生产要素集聚的一个空间载体，城市本身不是碳排放的源头，而是人口与非农产业碳排放的一个“容器”。城市的碳排放实质上是人口增加、产业发展和社会进步带来的碳排放的一个“出口”。一个简单而有说服力的假设是，如果将城市的“人口”和“产业”要素抽掉，城市将什么也不是，更不会有什么“碳排放”。
第二，城市化有利于资源环境的节约利用。在人口、产业和社会发展水平一定的情况下，城市与农村相比，大城市与小城镇相比，由于城市具有的集聚效应和规模效应，资源环境的利用效率会大大提高。首先，为了保护土地和自然生态，保护生物多样性，人类必须将自己最大限度地集中起来。
从根本上讲，生态保护就是要将尽可能多的国土从人类经济活动范围划出去，不允许人口进入，解决人类过度挤占野生生物生存空间的问题。而要实现这一点，城市化是唯一的出路。一般而言，城市在土地使用上比农村有效，大城市比小城镇有效。所以，各种逆城市化的，或主张发展小城镇的思路，至少从土地和生态保护的角度是不合理的。其次，如果污染不可避免，那么，将污染集中起来加以治理，显然优于分散治理。城市化之所以有利于缓解人口压力，还在于城市基础设施的效率较高。生活垃圾处置体系、纳污管网和污水处理设施，往往因城市人口和经济活动的高度聚集而变得有效。
同样的生活垃圾，中国农村或城镇往往采取不处理或权宜处理的方式，这些方式其实只是分散污染与集中污染的差别。
中国污水处理厂中2／3以上运行不正常或基本闲置，其根本原因也是因为城镇的经济效率难以支持污染治理的成本。如果把这些人口和产业都摆在农村或小城镇，将会造成极大的浪费。美国等高收入水平国家尽管在能源使用效率、节能技术、环保政策约束和环境保护意识等各方面都比中低收入水平国家有较大的优势，但人均碳排放水平仍然居高不下，一个很重要的原因是一些处于后工业化时代的高收入国家出现了居住郊区化，导致能耗和碳排放增加（高向东，2004）。这从另一个侧面证明了城市对资源环境的价值。
第三，农村与城市在碳排放上的差别，是发展水平和能力上的差别。城市化毫无疑问会增加中国的能源消费。但这笔能源账还有另外一种算法。如果我们承认，广大人民群众都拥有同样的发展权利，中低阶层尤其是广大农村人口拥有现代化社会生活的权利，那么，以下两种情景中哪一种更为节约能源是不言而喻的：一种情景是就地的现代化。也就是说，让农村人口保持现状，将城市的基础设施和公共服务体系扩散至农村。让广大农民在农村享有城市居民同样的教育、医疗卫生、社会保障及其他公共服务。另一种情景则是让农村人口的主体进入城市，使之在城市参与现代化进程并共享发展的成就。显然，如果居住在农村的居民在收入水平上能与城市居民处于同一个档次，也能够享受与城市居民一样的公共基础设施和社会服务，它所支配的自然资源要比城市居民大得多，人均碳排放也相应地要比城市居民大得多。而后一种情景可以说是必然之路。从这一意义上讲，城市化依然是节约能源的一条途径。
第四，科学的城市化和城市建设是从整体上降低碳排放的根本途径。尽管城市的碳排放主要是由工业化过程中人口增加和产业集聚造成的，但就城市本身而言，在降低碳排放和提高环境质量方面依然有巨大的潜力。从城市的空间形态看，布局集约的高密度城市要比松散的低密度城市更有利于降低碳排放。国际研究表明，城市密度与城市出行方式以及能源消耗之间有着非常紧密的关系，低密度已经与高出行、小汽车导向、土地无序蔓延、能源高消耗直接联系在一起。从城市建筑看，有学者统计，中国400多亿平方米建筑中，高耗能建筑达95%，单位建筑能耗是同纬度欧美国家的2-3倍，建筑节能潜力巨大。从城市交通看，不合理的交通方式是碳排放的重要源泉之一，在科学的城市规划基础上，构建以绿色出行为主的综合交通体系，对降低碳排放具有重要意义。
从城市生活方式看，节约型与浪费型的生活方式和消费模式在节能减排方面有巨大的差别。从生态建设看，增加城市绿化率和碳汇能力，可以相应地起到城市低碳生态的双重效果。
这些方面同时也是低碳城市建设的重要着力点。
3.2.4低碳城市建设核心要素
从以上分析可知，一方面，在一定的人口与经济规模下，和工业化水平相适应的城市化，不仅不是碳排放增加的源泉，而且是低碳发展、可持续发展的必由之路；另一方面，城市在节能降耗方面有巨大的潜力，不同的城市发展模式会导致不同的碳排放水平。关于不同的城市空间形态对城市碳排放的不同作用，西方学术界有许多专门的研究，格雷泽和凯恩（2008）通过计算全美66个大都市区人口与能耗（汽油、公共交通用能、家用燃料及电力使用的总和）的关系，证明低密度城市增长的碳代价要高于高密度城市，大部分城市中心区域的碳排放量低于郊区（Kahn ME，2008）；芬兰的研究表明，赫尔辛基如果采取紧凑的城市发展方式可以在城市交通、区域集中供热方面节省能源，从而在2010年减排CO2近35%（Harmaaj rvi I，etal，2002）；泼马纳（2008）等人通过问卷调查的方式研究了万隆市的三种城市形态与能源消耗的关系，表明相对于市中心，规划的卫星城和城市蔓延区的能耗水平更高（Permana A S，etal，2008）；石井慧（2009）将太阳能电力（PV）等新技术在未来的可能应用与城市空间形态相结合，探讨何种城市空间形态在新技术条件下能耗水平更低（Ishii S，2009），等等。这些研究表明，在生态文明理念指导下的低碳城市建设，可以引导城市人口和产业以更加有效率的形态集聚。城市建设能够降低碳排放的潜力因素，就是低碳城市建设的基本要素和着力方向。
具体而言，低碳城市建设的基本要素包括以下几个方面的内容：
（1）低碳经济。低碳城市是以高度的物质文明为支撑的。
低碳经济不是贫困经济。生态文明并非不要工业文明，而是要给物质资料的生产和社会制度的构建，普遍增加一个新的尺度——生态尺度，由此带来的人类生存和发展方式变革，与工业文明具有质的区分。也就是说，生态文明是迄今为止人类一切文明的集大成者，工业化、城市化以及一切科技进步等人类文明的伟大成果，在生态文明的框架下，是既能给人类带来物质生活资料的极大丰富、又能给自然生态系统有序健康的物质能量循环提供条件的手段。就像人类因发明了塑料而减少了砍伐木材一样，生态文明的实现，最终还是取决于人类科学技术的进步和工业化水平的提高。城市和城市化作为人类文明的“容器”和工业化的载体，在生态文明时代不仅不应被削弱、淡化，而且应该强化和加速发展，只不过其发展要摈弃传统工业文明以无止境地消耗资源、破坏环境的方式，在尊重自然生态系统价值和在资源环境约束的前提下最大限度地为人类创造幸福生活。
因此，作为低碳城市物质基础的低碳经济，首先是一种在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，在生产和消费等各个经济环节，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，尽可能地提高资源利用效率，促进资源的节约，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。资源和能源利用效率的提高是低碳经济的基本内涵。其次，低碳经济是一条以技术进步为先导，摒弃以往先污染后治理、先低端后高端、先粗放后集约的发展模式，高起点、高水平实现跨越式发展的现代化路径。历史地看，产业由小到大的扩张和产业结构由低级到高级的上升运动是有规律地进行的，总的发展趋势是：农业-轻工业-基础产业-重化工业-高附加值加工工业-现代服务业和知识经济。中国目前正处于基本完成工业化中期任务并进入后工业化阶段的重要时期，以机械、钢铁、石化为核心的重化产业群和以“住行”为特征的汽车工业、船舶工业、建筑工业的发展仍将成为进一步促进增长的至关重要的因素。发展低碳经济并不是要求违背经济发展规律、跨越必要的经济发展阶段，盲目排斥特定产业的发展，而是要推动企业使用适用、先进的技术，千方百计降低碳强度，提高碳生产力，实现发展模式和低碳技术上的跨越。
（2）低碳交通。公交车、轨道交通、小汽车、出租车、自行车与步行构成了目前中国城市的主要交通方式。在所有的机动交通工具中，公共交通是最为节能的方式，公共交通可以节约道路资源，减少碳排放，有利于环境资源的循环利用。若以轿车百公里平均能耗为1，则公交车只有0.084，无轨电车0.044，有轨电车0.034，地铁为0.05（李金兵等，2010）。根据国际经验，私家车依赖型的出行习惯一旦形成，不仅再改变的代价极其巨大，而且还会引发城市的低密度蔓延。建设低碳城市，必须重视低碳交通的发展方向，创建低碳化城市交通模式。
