Oxy-fuel to spalanie paliwa z czystym tlenem zamiast mieszanki tlenu, azotu i dwutlenku węgla w powietrzu. Gdy paliwo jest spalane przy użyciu czystego tlenu, każda zawartość dwutlenku węgla może być przechowywana bez konieczności usuwania azotu, co jest krytycznym etapem oczyszczania produktów odpadowych w elektrowniach. Gazy uwalniane przez elektrownie to w 75% azot, który należy usunąć z każdej pary dwutlenku węgla. Najbardziej obiecującym zastosowaniem są elektrownie węglowe, ale turbiny gazowe, produkcja tlenu i zastosowania spawalnicze również mogą na tym skorzystać.
Elektrownie węglowe można przekonfigurować do spalania tlenowo-paliwowego bez zmiany konstrukcji kotła, chociaż temperatura spalania jest wysoka w większości kotłów. Proces spalania tlenowo-paliwowego daje węgiel o znacznie wyższej temperaturze spalania, ale można to kontrolować poprzez mieszanie tlenu z parą lub gazami spalinowymi z innych procesów w zakładzie. Azot jest obecny w kotle tylko w niewielkich ilościach, a wytwarzana jest niewielka ilość azotu lub tlenku azotu, które zanieczyszczają powietrze.
Gazy spalinowe powstające w wyniku spalania paliw kopalnych tlenem są wolne od azotu. Głównymi składnikami gazu są dwutlenek węgla i woda, które można skoncentrować w strumienie prawie czystego dwutlenku węgla. Zaletą jest to, że pozostały gaz można skompresować, osuszyć i oczyścić znacznie szybciej i taniej niż tradycyjne metody przed przeniesieniem do magazynu.
Cykl turbiny gazowej został ulepszony dzięki zastosowaniu paliwa tlenowego, ale ponieważ łopatki turbiny gazowej nie tolerują dobrze wysokich temperatur, turbiny wymagają przeprojektowania, aby działały z paliwem utlenionym. Gazy spalinowe o wysokiej temperaturze opuszczające zmodyfikowaną turbinę faktycznie sprawiają, że obieg pary jest bardziej wydajny. Spawanie i cięcie tlenowo-paliwowe zapewnia również spawaczom większą kontrolę nad ilością wytwarzanego ciepła, dzięki czemu można utrzymać temperaturę strefy spawania na bezpiecznym poziomie. Łatwiej jest kontrolować wielkość i kształt ściegu spawalniczego, a zmiany potrzebne do stosowania w spawaniu paliwa tlenowego są raczej proste.
Wciąż opracowywane są pełne zastosowania technologii tlenowo-paliwowej. Technologia została przetestowana w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie, Europie i Japonii, a mniejsza złożoność i ryzyko związane z technologią jest atrakcyjne. Zapotrzebowanie na czysto spalające się elektrownie węglowe i zakłady wytwarzania energii, które są bezpieczniejsze dla środowiska, mogą wywołać duży wzrost w systemach paliwowych na bazie tlenu w miarę postępu technologii. Możliwe jest również wytwarzanie tlenu i oddzielanie go od powietrza przy niższych kosztach niż metody kriogeniczne.