从能源形态上看，人类加以利用的主导能源经历着从固态（薪柴、煤）、液态（石油）到气态（天然气、氢），将来再到等离子态（核聚变时的氘和氚）的演进和变化；我们有时甚至不得不思索是否背后有只无形的手在操控，以至于这种演进的过程看起来既按部就班，又水到渠成。如果有的话，那只能是大自然“精心设计”的巧手。

从时间上看，人类社会能源更替的时间也在加快，从薪柴过渡到煤，人类社会用了几千年；而从煤过渡到石油，用了几百年；之后的能源更替的周期就越来越短。可以说，人类社会利用能源的进程中，能源的品位、清洁度以及形态方面的演进变化预示着能源更替过程的方向指向，能源更替的时间则标记着新旧能源的生命周期，这一切构成了能源更替过程的脉络，使得我们由此可以窥知能源开发与利用过程的基本貌相。

事实上，能源利用史已经告诉我们，在通常没有外力干预的一般情况下，人类社会的能源利用体系将会呈现“固体-液体-气体-等离子体”这样一条平稳、自然的升级过程，其显着特征就在于“脱碳化”，从最不清洁、化学结构最复杂的低效能源逐渐发展为越来越清洁、化学结构越来越简单的高效能源。

我们现在所广泛利用的燃料体系尽管具有能量集中，开采方便等优点，但并非是最有效率的能量载体。其中，碳氢比是最显着的评价指标。我们知道，碳元素与氧元素反应结合过程中会释放能量，但以同等的比例来看，碳所集聚的能量实际上要比氢少，因此，当我们燃烧碳氢化合物如煤炭、石油以及天然气时，尤其是含碳量较为丰富的煤时，氢所含有的高能量部分地被碳所含有的低能量所抵消了。化石燃料所含的碳越多，它所释放的能量相对就越少。薪柴几乎全部是碳元素，因此它的能量密度很低。煤炭中所含的碳元素与氢元素的比例大致为1比1，石油中碳元素与氢元素的比例大为1比2，以甲烷（CH4）为主要成分的天然气中比例为1比4,因此，煤炭是化石燃料中能量密度最低的。如果我们完全摒弃碳而改烧纯净的氢，自然就不会出现能量抵消的现象。事实上，作为能量密度极高的燃料，氢的能量密度远高于汽油，氢所产生的能量几乎是同等质量的汽油所产生能量的三倍。这就是我们看到的基本趋势，我们也有理由坚信并坚持这一趋势。

我们不妨依照上述的趋势而行，把对石油的替代作为探讨的焦点。我们知道，石油的能源替代品相当之多，如生物柴油、乙醇燃料、煤制甲醇、煤变油、二甲醚、天然气、核电、太阳能、风能、氢能等等不一而足。其实，这些替代品是良莠不齐的，我们通过上述的几条准则对这些替代品的优劣加以评判。既然能源替代过程是有方向指向的，是从左边向右边进行的。那么显然，寻找石油的替代品最好在石油的右边进行（见图5-1）。而生物柴油、乙醇燃料、煤制甲醇以及煤变油等看起来可以替代石油的新能源，其实并不符合这一要求。制造生物柴油的主要原料如油菜、大豆，制造乙醇燃料的主要原料如玉米、小麦，其本质上都是与薪柴毫无差别的陆地生物质资源。既然同类的薪柴已经被替代了，那么生物柴油、乙醇燃料反过来要替代石油显然不合时宜。煤制甲醇、煤变油这些煤化工产品也存在同样的情况，其无非是从固态变成液态，改头换面了而已，其本质上仍旧是煤，用煤替代石油显然不合时宜。