تتضمن هذه التقنيات  رفع كفاءة تحويل الوقود الأحفوري والتحويل إلى وقود أحفوري بمحتوى كربوني أقل وإزاحة الكربون من غازات الاحتراق ومن الوقود وتخزين ثنائي أكسيد الكربون، والتحويل إلى الطاقة النووية والطاقات المتجددة. ولكل من هذه البدائل خواصها المميزة التي تحدد كفاءتها الاقتصادية وقبولها الاجتماعي والسياسي. ويجب تقويم تأثيرات التكلفة والبيئة على أساس تحليل دورة كاملة. 

 بصورة عامة تعد التقانات الجديدة بتحويل أكفأ للوقود الأحفوري, وعلى سبيل المثال يمكن رفع كفاءة إنتاج الكهرباء من 30% إلى 60% على المدى الطويل. وأيضا يرفع توليد الحرارة والكهرباء بشكل مشترك حيث يتوفر ذلك سواء لاستخدام الحرارة في العمليات الصناعية أو في التدفئة والتبريد من كفاءة تحويل الطاقة.

ويؤدي تكامل تحويل الطاقة من درجة حرارة عالية إلى درجة حرارة منخفضة والذي يدعى (التسلسل الحراري) إلى كفاءة أعلى. وبينما تتأثر الكلفة المتعلقة بهذه التحسينات في الكفاءة بعوامل عدة، بما في ذلك معدل استرجاع رأس المال ومعدل الفائدة وتأثير البحث والتطوير إلا أن هناك تقنيات  متقدمة فعالة اقتصاديا مقارنة مع بعض الوحدات والتقنيات الحالية التي هي أقل كفاءة أو تصدر غازات دفيئة أكثر.

ويمكن لبعض خيارات التقانة مثل (الدارة المركبة لتوليد الطاقة) أن تخترق السوق الحالي. ولتحقيق الخيارات الأخرى على الحكومات أن تتخذ إجراءات قد تتضمن إلغاء الدعم المستمر للطاقة وإدخال الكلف الخارجية وتأمين التمويل لبحوث التطوير لتقنيات  تخفيف الإصدارات وتقديم حوافز لإدخال هذه التقانات مبكراً وهي في مرحلة التسويق التجاري.

ولذا فبينما يمكن تحسين كفاءة تحويل الطاقة عالمياً إلا أن ذلك يتطلب كلفاً إضافية وقد لا يحدث بدون سياسات مناسبة للحد من غازات الدفيئة. إن الإمكانية النظرية لتطوير الكفاءة كبيرة جداً ولا تزال أنظمة الطاقة الحالية بعيدة جداً عن القيمة العظمى النظرية (أو المثالية) التي يمكن الحصول عليها من القانون الثاني في الثرموديناميك . ويجب التغلب على الكثير من العطالة قبل أن نتمكن من استغلال ولو قدر بسيط من هذه الإمكانية مع عوائق عديدة مثل العادات الاجتماعية والكلفة وانعدام المعلومات والخبرة وعدم وجود الحوافز.

يبلغ متوسط الكفاءة لتوليد الكهرباء من الوقود الأحفوري في العالم 30% وفي الدول المتقدمة 35% وباقتراض كفاءة نموذجية 40% لمحطات جديدة لتوليد الكهرباء من الفحم الحجري (مع إزالة SO_x -NO_x) في الدول المتقدمة، فإن زيادة 1% في الكفاءة تؤدي إلى تخفيض 2.5% في إصدارات CO₂. وستستخدم على المدى الطويل  تقنيات  جديدة لتوليد الكهرباء مبنية على كفاءة أعلى، تتضمن دورة بخار محمص، وحرقاً ضمن سرير مميع، ودارات تغويز متكاملة. لقد أصبح  بعض هذه التقانات تجارياً، بينما يحتاج بعضها الآخر إلى مزيد من البحث والتطوير. وللغاز الطبيعي المستخدم في محطات الدارة المركبة أعلى كفاءة تحويل من كل أنواع الوقود الأحفوري حالياً، إذ تبلغ هذه الكفاءة 45% على المدى القصير، و55% أو أكثر على المدى الطويل. ومن أجل التقانات المطورة التي تستخدم الوقود الأحفوري نفسه، يترجم رفع الكفاءة بكلفة أقل في الوقود، والذي غالباً ما يعوض إلى حد ما، الحاجة إلى رأسمال أكبر. وتعطي التقانة المطورة مزايا إضافية مثل تخفيض SO₂ وNO_x والدقائق الصلبة. ويقدم التوليد المشترك للحرارة والكهرباء كفاءة أعلى تصل إلى 80-90% بالنسبة لاستهلاك الوقود، وهي أعلى بكثير من توليد الحرارة والكهرباء بشكل منفصل. لكن هذه الاقتصادية ترتبط بتوفر الحاجة للتدفئة والتبريد في مناطق قريبة من محطات توليد الكهرباء.

التحويل إلى وقود أحفوري ذي محتوى كربوني اقل:

يمكن عن طريق التحويل من الفحم إلى النفط ومن النفط إلى الغاز، تخفيض إصدار CO₂. ويصدر الغاز الطبيعي أقل كمية من CO₂ بالنسبة لوحدة طاقة، إذ تبلغ 15كغ كربون / غيغا جول، بينما يصدر النفط 20كغ كربون / غيغا جول، ويصدر الفحم 25 كغ كربون/ غيغا جول. ومن الممكن أيضاً أن يكون تحويل الوقود بكربون أقل أكثر كفاءة. يتواجد الغاز الطبيعي في مناطق عديدة ومنتشرة في العالم. ويمكن لتقانة الدارة المركبة الجديدة، ذات الكلفة الثابتة الأقل، والكفاءة الأعلى، أن تخفض كلفة الكهرباء بشكل كبير في بعض المجالات، حيث تكون أسعار الغاز الطبيعي منخفضة نسبياً مقارنة بالفحم الحجري. وبينما يحافظ التحويل من الفحم الحجري إلى الغاز على كفاءة التحويل نفسها، إلا أنه يخفض الإصدارات بـ40%. وقد يصل خفض الكهرباء بالنسبة لوحدة منتجة من الكهرباء إلى 50%.

وعلى الرغم من أن الغاز الطبيعي متوزع بشكل واسع في العالم، إلا أنه غير متوفر لإنتاج الطاقة في بعض المناطق. ولذا فإن التحويل إلى الغاز لتوليد الطاقة يعتمد على استيراده من الخارج. وهنا تكون كلف الاستثمار والإدارة الأوليتين مرتفعة جداً، من أجل نقل الغاز وتوزيعه وبناء تجهيزات استخدامه النهائية. وقد يؤدي الاستخدام الواسع للغاز إلى تهريب كميات من غاز الميثان إلى الجو. وهناك محاولات لخفض إصدار غاز الميثان من مناجم الفحم الحجري بـ 30-90%، ومن تنفيس الغاز وحرقه في الشعلة بـ50%، ومن التسرب من أنظمة توزيع الغاز بـ 80%. ويمكن أن يكون هذا التخفيض مجدياً اقتصادياً في العديد من المناطق في العالم، حيث يمكن استخدام الميثان كمصدر للطاقة.

إزاحة الكربون من الوقود وغاز الاحتراق وتخزين CO₂ :

يمكن إزاحة CO₂ من غاز الاحتراق، وتخزينه، لكن هذا يخفض من كفاءة تحويل الوقود إلى طاقة، ويزيد من كلفة الكهرباء المنتجة. وبطريقة أخرى يمكن إزالة الكربون من الوقود بتحويله إلى هيدروجين، أو إلى مركبات غنية به، كالميثانول والإيثانول، أو الميثان من الفحم. وتولد كلتا الطريقتين غاز CO₂ الذي يمكن أن يخزن في حقول الغاز الطبيعي المستنفدة، أو في المحيطات. وبسبب الكلفة المرتفعة، والحاجة إلى مزيد من تطوير التقانة، فإن تطبيق هذه التقانة على المدى القصير والمتوسط محدود. (على سبيل المثال استخدام CO₂ في الاسترجاع الثاني للنفط). وتبقى الكلف الاقتصادية والآثار البيئية الناجمة عن تخزين CO₂ في المحيطات على المدى الطويل مجهولة، وغير مؤكدة.

إن الخيار الآخر لإزالة الكربون هو في تغويز الفحم الحجري، وإزاحة CO₂ وتحسين غاز التخليق الناتج. ويتمثل أحد الخيارات لخفض الكلفة، باستخدام الأكسجين بدلاً من الهواء في الاحتراق، وبالتالي الحصول على مزيج من CO₂ وبخار الماء بشكل رئيس. وسيزيد تطوير خلايا الوقود، التي تعمل بالهيدروجين من هذا الخيار. وسيؤدي تزويد الطاقة في المستقبل على شكل كهرباء، وهيدروجين عند نقطة استخدامه، إلى التخلص من الإصدارات، وسيسمح بإزالة CO₂ وتخزينه عند المصدر. إن تخزين CO₂ في حقول النفط والغاز المستنفدة، هو خيار آخر. وتبلغ إمكانية هذا الخيار حوالي 130-500 غيغا طن من الكربون، وهي استطاعة عالية جداً. وهناك خيار آخر يتمثل في تخزين الكربون في خزانات الملح الجوفية الموجودة على أعماق مختلفة في العالم. إن المحيطات العميقة هي أكبر خزانات CO₂ في العالم. ويمكن نقل CO₂ إلى المحيطات مباشرة، وإلى أعماق 3000م أو أكثر. وفي المحيطات يعزل CO₂ عن الجو لعدة قرون على الأقل. غير أنه لا يزال هناك قلق من الآثار البيئية المحتملة، كتغير نوعية مياه المحيطات، وتأثير ذلك على الأحياء المائية. كما أن تطوير التقانات اللازمة لصرف CO₂ وتكاليفها، تحتاج إلى المزيد من البحث والتطوير.

التحويل إلى الطاقة النووية:

يمكن للطاقة النووية أن تحل محل الوقود الأحفوري في إنتاج الحمل الأساسي base load من الكهرباء، في عدد من المناطق في العالم، إذا قدمت أجوبة مقبولة على التساؤلات حول أمن المفاعلات، ونقل النفايات المشعة والتخلص منها، وانتشار السلاح النووي. وتختلف كلفة إنتاج الطاقة النووية في دول عدة من 2.5 إلى 6 سنت / كيلو وات ساعي. وتتراوح الكلفة للوحدات الجديدة، بما في ذلك التخلص من النفايات، وكلفة إزالة المنشأة من 2.5 إلى 4.5 سنت/ كيلووات ساعي بفائدة 5%،  و 4.0 - 7.7 سنت / كيلو وات ساعي بفائدة 10%. وتشير كلفة إنتاج الحمل الأساسي من الكهرباء من الطاقة النووية، إلى أنها ستظل خياراً قوياً في عدد من الدول في المستقبل. وإذا قورنت بكلفة إنتاج الكهرباء من الفحم الحجري والبالغة 5سنت/ كيلو وات ساعي، فإن كلفة تخفيف الإصدار هي 120 دولار/ طن من الكربون المتجنب إصداره. وتطور تصاميم جديدة مثل المفاعلات ذات درجة الحرارة المرتفعة، والمبردة بالغاز، لإعطاء أمان أفضل، وأداء اقتصادي أكبر، من خلال خفض كلف التشغيل والصيانة وتقصير زمن بناء المفاعل. وقد عاد الاهتمام بالمفاعلات المبردة بالمعدن السائل، والتصاميم الجديدة الأخرى، مثل المسرعات ذات الطاقة العالية، لأنها تفيد في التحكم بالمواد المشعة، والتخلص منها. ويجري تطوير الطاقة النووية لاستخدامها في مجالات أخرى غير توليد الكهرباء، مثل توليد الحرارة اللازمة للعمليات الصناعية، أو في التدفئة، أو تحلية المياه، وعلى المدى الطويل لإنتاج الهيدروجين.

التحويل إلى الطاقات المتجددة :

يمكن للطاقات المتجددة على المدى البعيد أن تلبي حاجة العالم للطاقة. ولا تصدر هذه الطاقات إلا كميات محدودة من غازات الدفيئة، أو أنها عديمة الإصدار. وهناك بعض الإصدارات من استخدام الكتلة الحيوية بشكل غير مستدام. ويمكن للكتلة الحيوية أن تساهم بقدر كبير في إنتاج الكهرباء، وفي انتاج الوقود الحيوي، إذا حلت مشكلة تأمين الغذاء، والتأثير على التنوع الحيوي. ويمكن للطاقات المتجددة أن تخفض غازات الدفيئة بشكل كبير جدا"،  مقارنة بالوقود الأحفوري، إذا استمر أداؤها في التحسن، وإذا لم تكن هناك مشاكل في اختيار مواقعها.

الطاقة المائية:

تقدر الإمكانية التقنية لتوليد الطاقة المائية ب 14000 تيرا وات ساعي/ السنة. ويمكن استغلال حوالي 6000 - 9000 تيرا وات ساعي / السنة منها بشكل اقتصادي على المدى البعيد، مع اعتبار العوامل الاجتماعية والبيئية والجيولوجية والكلفة الاقتصادية. ويمكن عن طريق إحلالها محل الفحم الحجري، تخفيض غازات الدفيئة بمعدل 0.9-1.7 غيغا طن كربون، ومحل الغاز الطبيعي 0.4 - 0.9 غيغا طن كربون. لقد بلغت كلفة الكهرباء المولدة بالطاقة المائية في 70 دولة في العالم عام 1990 بحدود 7.8 سنت / كيلو وات ساعي. ويمكن أن تكون الطاقة المائية الصغيرة هامة واقتصادية في المستقبل في بعض المناطق في العالم، بينما قد يكون لبناء المشاريع الكبيرة عواقب اجتماعية، وتأثيرات بيئية مباشرة وغير مباشرة، مثل تحويل مجرى النهر، وتعديل الانحدار، وتحضير الخزان، وبناء مرافق لليد العاملة الضخمة، وتهديد النظم البيئية المائية، والتأثير سلباً على صحة الإنسان. وتتضمن العواقب الاجتماعية إعادة توطين المهجرين، والتأثير المتذبذب على الاقتصاد. ولكن البنى المرافقة تحفز تطوير الاقتصاد محلياً، وتقدم مزايا إضافية للزراعة كخزان مائي.

الكتلة الحيوية:

تشمل طاقة الكتلة الحيوية الفضلات الصلبة، ومخلفات الصناعة والزراعة والغابات، ونباتات الطاقة. ويعتمد مردود طاقة الكتلة الحيوية وتكلفتها على العوامل المحلية، مثل توفر الأراضي ومخلفات النباتات وعلى تقانة الإنتاج.  ونموذجياً فإن نسبة الطاقة الداخلة إلى الخارجة للمحاصيل الغذائية ذات النوعية العالية منخفضة مقارنة بالمحاصيل الطاقية التي تتجاوزها غالباً بـ 10 مرات. وتختلف تقديرات كلفة إنتاج الكتلة الحيوية بمجال واسع. ويتوقع أن يكلف توليد الكهرباء من الكتلة الحيوية في الدول المتقدمة في المستقبل حوالي 2 دولار/ غيغا جول. وتختلف كلفة تخفيف إصدار غازات الدفيئة لأشكال الطاقة المختلفة من الكتلة الحيوية مثل الكهرباء وتوليد الحرارة والغاز الحيوي ووقود النقل. ويعتمد ذلك على كلفة إنتاج الطاقة الحيوية وكلفة تقانة تحويلها إلى أحد أشكال الطاقة المرغوبة. وبافتراض كلفة الكتلة الحيوية بحدود 2 دولار / غيغا جول ولإنتاج من الحجم الصغير، يمكن توليد الكهرباء بكلفة 10-15  سنت/كيلو وات ساعي. وإذا استبدلت الكتلة الحيوية بالفحم الحجري، فإن كلفة التخفيف تتراوح بين 200-400 دولار / طن من الكربون المتجنب. وبتغويز الكتلة الحيوية وتوليد الكهرباء من الغاز الحيوي بكفاءة 40 - 45%، يمكن إنتاج الكهرباء بكلفة تقترب من كلفة إنتاجها من الفحم الحجري 1.4-1.7 دولار / غيغا جول. وفي هذه الحالة ستكون كلفة التخفيف من غاز CO₂ ضئيلة. ويعطي الوقود الحيوي من الأخشاب مردوداً أعلى من الطاقة، وبكلفة وتأثير بيئي أقل، من معظم أنواع الوقود الحيوي. وإضافة إلى إنتاج الإيثانول، يمكن إنتاج الميثانول والهيدروجين أيضاً. ويمكن عن طريق استغلال طاقة الكتلة الحيوية توليد دخل جيد للمزارعين في المناطق الريفية. ويؤدي هذا إلى تمكين المزارعين في الدول النامية من تطوير تقنياتهم  الزراعية، وبالتالي الكف عن زراعة الأراضي الهامشية الفقيرة. ولا تزال تقانة تحويل الكتلة الحيوية وزراعتها في بداياتها، وهي تحتاج إلى مزيد من البحث والتطوير، لتصبح ناضجة فنياً ومجدية اقتصادياً. وقد أثير قلق حول زراعة الكتلة الحيوية في الدول النامية لتوليد الطاقة بسبب تأثيره على الأمن الغذائي. لكن إدخال التقانات الحديثة لجعل المردود مقارباً للدول المتقدمة، وتكثيف الزراعة بطريقة مقبولة بيئياً واقتصادياً، سيبدد هذه المخاوف.

طاقة الرياح:

يمكن لطاقة الرياح التي تغذي شبكة كهربائية بشكل متقطع أن تساهم بـ15-20% من الإنتاج السنوي للكهرباء، بدون ترتيبات خاصة كالتخزين وإدارة الدعم والتحميل. وفي نظام كهربائي يعتمد على الوقود الأحفوري، فإن تأثير التخفيف باستعمال تقانة الرياح يعادل مقدار التخفيض من حرق الوقود الأحفوري.

ويقدر أن تتراوح إمكانية توليد الكهرباء من الرياح بـ 700-1000 تيرا وات ساعي بحدود 2020. وإذا استخدمت هذه الطاقة عوضاً عن الوقود الأحفوري دون اعتبار الكلفة، فإن هذا سيخفف إصدار CO₂ بـ 0.1-0.2 غيغا طن كربون / السنة.

وتبلغ كلفة استخراج الطاقة من الرياح حالياً بحدود 10 سنت / كيلووات ساعي كما هو مبين في الجدول (1). وستكون عام 2005-2010 منافسة تجارياً للطاقة النووية والأحفورية. ويمكن أن تنخفض الكلفة أكثر في المزارع الريحية الكبيرة. وفي المستقبل يتوقع أن تنخفض الكلفة إلى 3.2 سنت / كيلو وات ساعي في مواقع جيدة وعند تحميلها فائدة 6%.

ويعارض السكان في بعض الدول تركيب العنفات بسبب الضجيج، وتشويه المناظر الطبيعية، وتأثيرها على الحياة البرية.

الطاقة الشمسية:

يمكن تحويل أشعة الشمس مباشرة إلى كهرباء وحرارة بواسطة الخلايا الضوئية PV، وبالتقانة الحرارية. وتعتبر الخلايا الضوئية الآن منافساً لأشكال الطاقة الأخرى إذا كان الموقع بعيداً عن الشبكة الكهربائية، لكنها غير منافسة لتطبيقات كبيرة مرتبطة بالشبكة. وعلى الرغم من انخفاض كلفة الاستثمار كثيراً في السنوات الماضية، فإنها لا تزال بحدود 7000-10000 دولار / كيلو وات، وكلفة الكهرباء الناتجة بحدود 23-33 سنت / كيلو وات ساعي.

ومن المتوقع أن تستمر كلفة الخلايا الضوئية PV  بالانخفاض نتيجة تقدم البحث والتطوير وبسبب اقتصاد الإنتاج الضخم. وعلى الرغم من أن أجهزة الـ PV  لا تصدر تلويثاً إلا أن بعض الأنظمة تستخدم مواد سامة خطرة على العاملين في التصنيع والاستخدام والتخلص منها. وستبلغ إمكانية الطاقة الشمسية 16-22 EJ عام 2020-2025 في الدول المتقدمة. ويعتمد تحقيق هذه الإمكانية على تحسين أداء الطاقة الشمسية، وخفض كلفتها.

ويمكن لمحطة باستطاعة 50 ميغا وات مبنية بتقانة 1995 وبكلفة استثمار 2300 دولار / كيلو وات أن تولد كهرباء بكلفة 8-9 سنت / كيلو وات ساعي في مناطق تتلقى إشعاعاً شمسياً جيداً. وتشير التقديرات المتفائلة إلى أن كلفة الـ PV في المستقبل ستكون 700-800 دولار / كيلو وات عام 2020-2050، وستتراوح كلفة الكهرباء المنتجة من 2.2 إلى 4.4 سنت / كيلو وات ساعي بحسب السطوع الشمسي. إن توليد الكهرباء بهذه الكلفة سيخفض كلفة إنتاج الكهرباء والإصدارات، مقارنة بتقانة الفحم الحجري التقليدية اليوم.

وتمتلك الأنظمة الشمسية الحرارية القدرة على تزويد كمية أكبر من الطاقة في المستقبل. وتولد هذه الأجهزة حرارة عالية وقد تعطي تحويلا بكفاءة 30%. وقد حققت تقانة الطبق البيضاوي خفضاً كبيراً في كلفة المحطة. وتبلغ كلفة المحطة الحالية حوالي 9-13 سنت / كيلو وات ساعي بينما تبلغ الكلفة من الأبراج بحدود 4- 6 سنت / كيلو وات ساعي. ويمكن لهذه الأجهزة إضافة للكهرباء أن تقدم حرارة عالية تستخدم في العمليات الصناعية، وتدفئة الأبنية، وإنتاج الهيدروجين والكيميائيات.

الحرارة الجوفية :

تولد الكهرباء من الحرارة الجوفية في 21 دولة في العالم. وتقدر كلفة توليد الكهرباء بـ 4 سنت / كيلو وات ساعي، وتوليد الحرارة  بـ 2 سنت / كيلو وات ساعي. وتقوم حوالي 40 دولة باستثمار المياه الجوفية الحارة في أراضيها، بينما تمتلك 14 دولة منها استطاعة مركبة أكبر من 100 ميغا وات.

وتصدر الحرارة الجوفية أبخرة تحتوي على CO₂ و H₂S و Hg وغيرها. وتستخدم التقانات المتقدمة الدارة المغلقة ولذا فإن إصداراتها قليلة. وتقدر إمكانية الحرارة الجوفية عام 2020 -2025 بحدود 4 EJ. وتقدم الصخور الجوفية الجافة والحارة مورداً آخر للحرارة الجوفية. وبشكل عام فبالرغم من أهمية الحرارة الجوفية للاقتصاد على المستوى المحلي، إلا أن إمكانيتها في خفض الإصدارات الكربونية ضئيلة.