为了满足人类生活日益增长的能源需求，同时又有利于人类生存环境的改善和经济的发展，除了对传统能源技术进行改造之外，我们还要开发新能源技术，特别是生物质能、地热能、氢能，以及未来到太空开发的黑洞能和反物质能等。
生物质能
地球上的一切生命都从太阳取得能量，所谓生物质就是经太阳光合作用产生的各种物质，通常将生物质分为3种，即陆上生物质（如林木、野草、各种农作物等）、水上生物质（如水草、海藻等水生植物）、次生物质（如人畜禽粪尿、各种工农业有机废物和废水、城市垃圾等）。生物质能就是积聚于生物质中的一类能源，并且是一种可再生能源。
对于生物质能的利用主要是通过一系列的转换工程技术，使生物质能变换成气态、液态或固态燃料，尔后再加以利用。由于这种转换技术很多，我们只对其中的一部分加以介绍。
光合作用
植物是将太阳能转化成各种各样的有机物质。在这些物质中，最常见的是纤维素，即太阳能转化为物质最多的是纤维素。这些纤维素存在于细胞壁和纤维中。纤维素作为一种资源被大大地浪费了，对社会经济的发展没有作出应有的贡献。科学家们认为，我们依靠纤维素会得到更多的好处，更多的利用太阳释放的能量，以解决能源危机的问题。
20世纪70年代中期，英国伦敦皇家植物园的主任琼·赫斯洛普-哈里森指出，植物纤维中的纤维素是农业和工业丢弃的废物中的主要成分。同时，人们还要利用大量的纤维造纸，进而毁灭大量的针叶树森林。由于从技术上解决了用阔叶树作造纸原料的问题，森林被砍伐的速度就更快了。森林的大量砍伐，使得人类已不能充分地利用将太阳能转化为普通能量的转化方式。
废物中的纤维素是可以利用的。赫斯洛普-哈里森认为，在谷物收获之后，大量的谷草被白白地烧掉了。现在估计，全世界被烧掉的谷草质量肯定超过亿吨。它们所包含的能量是非常大的。若按1亿吨计算，它的能量大大超过了英国农业以汽油形式消耗掉的能源。
然而，我们也看到，植物通过光合作用可以制造大量的纤维素，但它们这种合成的速度太慢了。虽然全世界每年通过光合作用生产了大约1550亿吨的有机物质，但这尚未占到地球接收全部太阳能的1％。因此，一位名叫波普拉斯的美国科学家曾提出这样的设想，即大量地种植一种专门产生热量的灌木，进而形成“能源林”。后来有人仔细地研究了这一设想，发现这种将太阳能转化为纤维素的效率很高，其费用并不比开采石油和煤炭高多少。如果在一些无法种植庄稼的贫瘠土地上种植“能源林”，种植面积不超过1亿公顷就可以满足美国发电所需的燃料。但是，从“能源林”获得能量的办法不是烧掉它们，而是将这些灌木放入沼气池，通过微生物消化它们，而后再加以利用。
美国海军曾在加利福尼亚州圣克莱门蒂岛进行实验，研究种植一种速生海草，进而收集太阳能。潜水员把这种海草拴在一种特制的排筏上，而后沉入海下15米处。这种海草每天大约可生长30多厘米，它将太阳能贮存自身的效率是最高的。通过化学或细菌方法处理，不仅可以利用这种海草的蛋白质，而且可以得到能用作燃料的甲烷和乙醛。
美国的科学家甚至找到了一种化学物质，它能把蓝藻光合作用最初阶段产生的电子收集并贮存起来。这些电子可以被用于将水中的氢分解出来。据说，利用这种方法，人们可以将光合作用产生的能量的10％用于分解氢。这对通过光合作用利用清洁能源氢能的设想是十分诱人的。在地球上，每年生成的生物质能是非常多的，而每年排出的次生物质也极其可观。根据专家计算，每年产生的生物质能比当今全世界消耗的总能量要高出10倍。遗憾的是，我们对生物质能的利用却极其有限，只占其总量的1％～3％。例如，在广大农户中，他们借助烧柴取得能量。由于直接燃烧，大部分能量都随飞灰散失掉了。如果利用生物质能新技术，可以利用微生物对柴草中的有机质进行发酵、酿酒，并提炼出酒精，成为液体燃料。这样得到的能量比直接燃烧柴草所得的要大得多。可见，我们对生物质能利用的潜力是极大的，并且也是我们解决能源需求和改善生态环境的重要出路。
生物质厌氧消化制取沼气
沼气是一种很好的燃料。1776年，意大利科学家沃尔塔在沼泽中发现，腐烂的生物质经发酵，可从水底冒出一串串的气泡，这些气泡也就被称为沼气。经分析得知，沼气的成分为甲烷和一氧化碳等气体。1781年，法国科学家穆拉利用沼气生成原理，制造了一个沼气发生器。这实际上是一个与外界隔绝的密封的大罐子。罐子内装有植物的茎叶和畜粪等。由于微生物的作用，罐内的生物质都被微生物消化掉。特别是其中一种甲烷菌专门吸收养分而生成甲烷气体。别的细菌则将纤维素、蛋白质、脂肪和乙酸等物质消化而生成各种酶、葡萄糖、氨基酸等。这些成分中有的被二氧化碳菌享用了，有的供甲烷菌消化。由于这种消化过程是在缺氧的情况下进行的，所以称这种过程为厌氧消化。
沼气是一种可燃气体，主要成分为甲烷气，所以沼气的燃烧值较高。1.5立方米的沼气差不多相当于1千克汽油的燃烧值。厌氧菌的作用不但产生沼气，进而产生热能，而且对环保有益，它们的残渣还是一种优质的有机肥料。甚至沼液和沼渣也是饲养家畜的饲料，或加工成鱼塘饲料。特别是在沼气池中，由于发酵过程许多寄生虫卵被消失，对（农村）防疫工作也是大有益处的。因此，沼气技术可以看做是一项综合利用生物质能的合理方法和有效途径。
我国人工制造沼气大约是在19世纪80年代。当时在广东汕头地区有人利用发酵垃圾制作沼气，并称作“人造瓦斯”。
20世纪初，台湾有一位名叫罗国瑞的人，为了抵制“洋油”，他也通过发酵制取沼气，并利用沼气照明和煮饭。20年代初，罗国瑞在汕头开办了第一家专门生产沼气的人造瓦斯公司。30年代，他又先后与别人合作在上海、江苏、福建、湖北、四川等地开办“国瑞天然瓦斯公司”，后又扩展到南方14个省。后因抗战爆发才停办。
20世纪50年代，沼气技术重又受到重视。1958年在武汉还举办过展览会，当时毛泽东主席也到场参观。70年代，为了解决农村能源的紧缺问题，农村再度兴起建沼气池的热潮。截止到1996年底，农村已经建立户用沼气池570多万个，对缓解农村能源紧张的问题有一定作用，同时，它对环境保护也是有益的。
目前，在农村使用的户用沼气池为“水压式”沼气池，体积为10立方米左右，每天产生沼气约为1立方米，其中含有甲烷60％。因此它的燃烧值可达23兆焦耳，相当于1千克原煤的燃烧值。这差不多可以保证一个4口之家的炊用燃料之需。如果技术水平高些，沼气产量还可以高些。特别是南方的气候，对沼气发酵很有利。
水压式沼气池
沼气池的填料主要是猪粪、秸秆、污泥和水，也有较好的发酵原料，如人粪便、牛粪、鸡粪等。在沼气发酵过程中，两种元素最重要，即氮和碳。氮元素是构成微生物细胞的主要物质成分，碳元素是构成甲烷的主要成分。
20世纪90年代，沼气工程获得了较快的发展，特别是大型沼气工程发展迅速。这主要是为了适应农村经济发展，过去养猪以户养为主，而现今则为大型猪场取代；另一方面，乡镇企业的废水废渣也亟须处理。因此，需要建设大型沼气池。
大型沼气工程技术已有几种成熟类型，如厌氧接触发酵池（国内大型酒厂、屠宰场、制革厂多用此来处理有机废水）、厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床等。其中上流式厌氧污泥床是国际上很先进的技术，它的体积很大，可达5000立方米，像糖厂、柠檬酸厂、化工医药厂处理有机废水多用这种技术。
这些新技术对处理工业废水和城市生活废水具有重要意义，大型沼气工程在我国有广阔的应用前景。以现今各种次级生物质量来看，如果我们将其中的一半全部加以规模利用，可以年产沼气650亿立方米，折合标准煤为1亿多吨。同时，这些装置可以净化处理水体，解决了北方大城市的“水荒”问题。
生物质发酵制取酒精
这种工艺主要是利用发酵工艺对甘蔗、玉米、高粱、木薯、木材、农产品加工后的生物质进行处理，由此得到酒精。这是一种将固体生物质转化为液体燃料的工艺，称为生物质液化。通常它可分为直接液化和间接液化两种技术。
直接液化是采用机械方法，用压榨或提取等工艺获得可燃性油品（如棉籽油之类的植物油），再提炼成可替代柴油的燃油。直接液化方法中的第一步压榨取油是不困难的，但是第二步变成燃油是较为困难的。如果利用自然界“恩赐”的柴油，那工艺就可以简单些了。例如，在越南、巴西和墨西哥有一种“柴油树”，从树上可以流出油质液体。我国西双版纳曾从越南引种柴油树，但产量不高。
间接液化是通过微生物作用或化学合成方法生成液体燃料（如甲醇、乙醇等）。这种方法很重要，特别是作为燃油的替代品，甲醇（也叫“木精”）和乙醇（也叫“酒精”）是理想的燃油替代品，并且还可以防止环境污染。我们知道，为了提高燃料的辛烷值，可以在汽油中加防爆剂四乙铅，这种汽油就是含铅汽油。由于污染问题，许多国家已禁止使用含铅汽油。如果在汽油中加甲醇或乙醇，这样也可以提高汽油的辛烷值。现在，美国汽车就往汽油中加甲醇或乙醇，其用量达每年几百万吨。德国大众汽车公司已研制出一种燃烧甲醇的汽车，性能也非常好。但是，世界上利用乙醇做燃料以替代汽油的是巴西。
在石油危机的年代，巴西决定利用国内丰富的甘蔗资源。在10年间，巴西酒精产量增加了15倍，因而大大降低了对进口石油的依赖性，并且节约外汇达70多亿美元。在巴西运营的以酒精为燃料的汽车约有200多万辆。
我国的酒精制取主要以粮食作物作为原料，一般来说，这样的酒精用作燃料是不合算的。我国科学家正在研究利用甜高粱秆或甜玉米秸生产乙醇，它们含糖较高，榨取的糖汁可发酵制取乙醇，剩渣还可以喂牛或生产纤维板，以取得较高的效益。沈阳农业大学的科学家进行甜高粱综合利用的研究。他们认为，以1亩地为单位种植甜高粱（并套种血豆），它可以得到高粱粒350千克（土豆500千克），叶子1500千克（可作燃料），茎秆3500千克。这些茎秆可用于榨取糖汁，而后发酵制取乙醇（225千克）；茎秆残渣还可用于碳化成型制成生物质炭球（供火锅用），或生产纤维板原料，或作造纸原料，或作牛饲料，或用其纤维素来制取乙醇（还待开发的技术）。
生物质热分解制取燃气
除了从生物质获取沼气，还有其他气化技术，以产生燃气。
早在20世纪30年代，人们利用木炭制作水煤气，为蒸汽机提供燃料。在抗战期间，由于中国缺乏石油，人们便燃烧这种水煤气以驱动汽车，为此称此汽车为“木炭车”。
所谓煤气，其实就是一氧化碳气。它虽与二氧化碳是“兄弟”（构成元素都是碳和氧），但一个可以燃烧，另一个却阻止燃烧。煤气的产生并不复杂，从原理上讲，含碳元素的物质在不能充分燃烧（即缺氧）的情况下，其气体产物就是一氧化碳气。
早期生产煤气的装置是一种固定床气化炉。炉内装满燃料，底层可以输入空气和水蒸气。由于底层氧气充分，燃料可以充分燃烧，并产生热量。上层的氧气不充足，氧化不足，所以产生煤气。在炉内生成煤气的方式有两种，即
C+CO2（底层的燃烧产物）=2CO
C+H2O＝CO+H2
由于这种气化炉的工艺落后，效率低，它的应用受到很大的限制。只是到20世纪70年代，“石油危机”爆发，生物质气化炉才使这种工艺“焕发青春”。特别是工艺改进后，使生产效率得到很大的提高。可以利用碎木块、锯末、农作物的秸秆和芯壳作燃料，使之汽化。生产的煤气不仅可以烘干木材、供暖和发电，而且获得了不错的经济效益。例如，用稻壳发电，平均1吨稻壳可替代125千克的柴油，2.5千克的稻壳可以发电1千瓦时。烧制的稻壳灰还是一种很好的热绝缘材料。
除了固定床气化炉，现在正加紧研制的还有流化床气化炉。对于专门利用生物质的流化床，它的工艺技术已有很大的改进。过去被认为锯末、甘蔗渣、木粉等细碎物质较难利用，它们在流化床与传热介质（细石英砂）密切接触，并经过充分地氧化和还原反应，大大提高了气化的效率。
氢能
在化学元素周期表中，氢是“天字第一号”元素。人们对它的了解可以追溯到古代的炼金术士。16世纪的瑞士化学家帕拉塞尔苏斯（1493—1541年）、17世纪的海尔蒙特（1579—1644年）和迈耶恩都得到过氢气。像帕拉塞尔苏斯是将铁片放入硫酸中，在激烈反应的同时，有许多气泡从酸液中冒出来。不过现象只是现象，这些气体是什么？没有人去理会，更谈不上将它们分离出来。氢的发现是英国科学家卡文迪许（1731—1810年）作出的。1766年，卡文迪许将氢的制备、氢的性质和质量都发表在一篇论文中，他为这种气体起的名字是“可燃性空气”。
1777年，法国化学家拉瓦锡（1743—1794年）从实验上证誓明水是由氧和氢构成，所以他把氢命名为Hydrogen，意思是“水素”。
在当今的宇宙中，氢的“天字第一号”地位是不可动摇的，是当之无愧的。就整个宇宙来讲，各种元素中氢是最多的，约占75％左右，重金属元素约占1％，其余为氦。以太阳为例，这个大“气球”中，氢也占有75％以上。在我们的地球上，地壳（包括海洋与大气层）中化合态氢占1％，其化合物主要为水和有机物（如石油、天然气和生命体等）；单质氢较少，大气中约占千万分之一。
由于火山爆发和打深井时常常伴有大量氢气喷出，所以有人认为，地核可能由金属氢化物组成。这些氢气的膨胀使得地壳隆起，并将地球缓慢地吹大，所以这是造成地球自转正在减慢的原因之一，当然，这还只是理论研究的结论。
氢有3种同位素，除了普通氢（写作H，也称“氕”，念piě；原子核只含有1个质子），还有氢-2（写作D，也称“重氢，或“氘”，念dāo；原子核含有1个质子和1个中子）、氢-3（写作T，也称“超重氢”，或“氚”，念作chūan；原子核含有1个质子和2个中子，具有放射性）。这3种氢中，普通氢占99.98％，重氢占0.02％。
从常规氢能的角度上说，我们这里只讨论氢单质H2。这是一种无色、无嗅、无毒、无味的气体。氢气在空气中的燃烧温度极高，可达2000℃，而且火焰是无色的，传播速度非常快。