Το οξυγόνο είναι η καύση καυσίμου με καθαρό οξυγόνο αντί για το μείγμα οξυγόνου, αζώτου και διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα. Όταν το καύσιμο καίγεται χρησιμοποιώντας καθαρό οξυγόνο, οποιαδήποτε περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να αποθηκευτεί χωρίς την ανάγκη απομάκρυνσης του αζώτου, κάτι που είναι ένα κρίσιμο βήμα για τον καθαρισμό των αποβλήτων σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Τα αέρια που απελευθερώνονται από τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής είναι 75% άζωτο, το οποίο πρέπει να αφαιρεθεί από τυχόν ατμό διοξειδίου του άνθρακα. Η πιο πολλά υποσχόμενη εφαρμογή είναι σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα, αλλά μπορεί επίσης να ωφεληθούν οι αεριοστρόβιλοι, η παραγωγή οξυγόνου και οι εφαρμογές συγκόλλησης.
Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής άνθρακα μπορούν να διαμορφωθούν εκ νέου ώστε να καίνε οξυ-καύσιμο χωρίς να αλλάζει ο σχεδιασμός του λέβητα, αν και η θερμοκρασία καύσης είναι υψηλή για τους περισσότερους λέβητες. Η διαδικασία καύσης με οξυγόνο οδηγεί σε άνθρακα με πολύ υψηλότερη θερμοκρασία καύσης, αλλά αυτό μπορεί να ελεγχθεί με ανάμειξη οξυγόνου με ατμό ή καυσαέρια από άλλες διεργασίες στις εγκαταστάσεις. Το άζωτο υπάρχει στον λέβητα μόνο σε χαμηλά επίπεδα και παράγεται λίγο άζωτο ή μονοξείδιο του αζώτου για να μολύνει τον αέρα.
Τα καυσαέρια που προέρχονται από την καύση ορυκτών καυσίμων με οξυ-καύσιμο είναι απαλλαγμένα από άζωτο. Το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό είναι τα κύρια συστατικά του αερίου, τα οποία μπορούν να συγκεντρωθούν σε ρεύματα σχεδόν καθαρού διοξειδίου του άνθρακα. Το πλεονέκτημα είναι ότι το υπόλοιπο αέριο μπορεί να συμπιεστεί, να στεγνώσει και να καθαριστεί πολύ πιο γρήγορα και φθηνότερα από τις παραδοσιακές μεθόδους πριν μεταφερθεί στην αποθήκευση.
Ο κύκλος των αεριοστροβίλων βελτιώνεται με τη χρήση οξυγονωμένου καυσίμου, αλλά επειδή τα πτερύγια των αεριοστροβίλων δεν ανέχονται καλά τις υψηλές θερμοκρασίες, οι τουρμπίνες απαιτούν επανασχεδιασμό για να λειτουργήσουν με οξυγονωμένο καύσιμο. Τα καυσαέρια υψηλής θερμοκρασίας που αφήνουν έναν τροποποιημένο στρόβιλο κάνει στην πραγματικότητα τον κύκλο ατμού πιο αποτελεσματικό. Η συγκόλληση και η κοπή με οξυγόνο παρέχει επίσης στους συγκολλητές μεγαλύτερο έλεγχο της ποσότητας θερμότητας που παράγεται, έτσι ώστε η θερμοκρασία μιας ζώνης συγκόλλησης να μπορεί να διατηρείται σε ασφαλή επίπεδα. Το μέγεθος και το σχήμα των σφαιριδίων συγκόλλησης ελέγχονται πιο εύκολα και οι αλλαγές που απαιτούνται για τη χρήση οξυ-καυσίμου στη συγκόλληση είναι μάλλον απλές.
Οι πλήρεις εφαρμογές του οξυ-καυσίμου αναπτύσσονται ακόμη. Η τεχνολογία έχει δοκιμαστεί στις Ηνωμένες Πολιτείες, τον Καναδά, την Ευρώπη και την Ιαπωνία και η μικρότερη πολυπλοκότητα και οι κίνδυνοι της τεχνολογίας είναι ελκυστικές. Οι απαιτήσεις για εργοστάσια καθαρής καύσης άνθρακα και εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που είναι ασφαλέστερες για το περιβάλλον θα μπορούσαν να πυροδοτήσουν μεγάλη αύξηση στα συστήματα καυσίμων με βάση το οξυγόνο καθώς προχωρά η τεχνολογία. Η παραγωγή οξυγόνου και ο διαχωρισμός του από τον αέρα με χαμηλότερο κόστος από τις κρυογονικές μεθόδους μπορεί επίσης να είναι δυνατή.