Neben der Steigerung der Energieeffizienz sind vor allem erneuerbare Energien wie Windkraft, Biomasse, kleinere Wasserkraftanlagen, Erdwärme und Solarenergie die Alternativen zu den fossilen Energieträgern. Sie sind längst erschlossen und in der Praxis nutzbar.

Windenergie ist inzwischen die Energiesparte mit den höchsten Wachstumsraten. Der Windenergiesektor hat zur Zeit einen Jahresumsatz von fünf Milliarden US-Dollar – mit einem jährlichen Zuwachs von 25 bis 30 Prozent während der letzten fünf Jahre. Das größte Wachstum an Windkraft hat in den vergangenen Jahren Deutschland verzeichnet. Mit einer installierten Leistung von inzwischen mehr als 12.000 Megawatt werden fast zehn Kohle- oder vier Atomkraftwerke ersetzt. Diesem Beispiel sollten andere Länder folgen. Weitere bedeutende Windenergiestandorte sind die USA, Spanien und Dänemark, China, Indien, Großbritannien und Neuseeland.

Auch die Wachstumsraten der Stromerzeugung mit Solarzellen (Photovoltaik, PV) sind sehr hoch. Langfristig wird Photovoltaik wohl die wichtigste Energiequelle sein, eine solare Vollversorgung ist möglich. Voraussetzung hierfür ist aber, dass wir die Photovoltaik heute durch massive Forschungsinvestitionsprogramme und eine breite Markteinführung kostengünstiger und damit marktfähig machen.

Es gibt viele Verfahren, auch mit Biomasse Energie zu erzeugen: zum Beispiel durch die Verbrennung organischer Abfälle und Holz oder die Umwandlung von organischem Material in Bioöl. Auch lässt sich Biomasse zu Gas umwandeln: Biogas kann besonders sauber und mit hohen Wirkungsgraden genutzt werden. Weltweit beträgt die Verbrennung von Biomasse heute etwa elf Prozent des Energieverbrauchs. Dazu gehört allerdings auch die nicht nachhaltige Nutzung von Feuerholz.

Das Entwicklungsprogramm der Vereinten Nationen schätzt, dass das nachhaltig erschließbare Potenzial allein der Biomasse zwischen 65 und 100 Prozent des derzeitigen weltweiten Energieverbrauchs beträgt. Einige Länder, darunter Finnland, Österreich, Schweden und die USA, erzeugen schon heute beachtliche Anteile ihrer Energie aus Holz und Holzabfällen. Finnland deckt 20 Prozent seines Gesamtenergieverbrauchs mit Biomasse ab. Hier ging auch 2001 die mit 550 Megawatt weltweit größte Kraft-Wärme-Kopplungsanlage für Biomasse in Betrieb.

Ein großes Potenzial zur effizienteren Nutzung liegt in der Beifeuerung von Biomasse in Kohlekraftwerken. Diese Technologie ist vergleichsweise einfach und würde schnell zu einer Reduktion der CO_2-Emissionen führen. In Skandinavien, Deutschland und den USA wird diese Technologie schon heute genutzt.

Großes Interesse und immer mehr Forschungsgelder gibt es derzeit für die Entwicklung von Brennstoffzellen, die Teil einer so genannten "solaren Wasserstoff-Wirtschaft"” werden könnten. Eine CO₂-freie Energieversorgung wird mit Brennstoffzellen allerdings nur dann erreicht werden können, wenn der benötigte Strom zur Herstellung des Wasserstoffs durch erneuerbare Energien produziert wird. Wird der Wasserstoff hingegen mit Naturgas oder anderen fossilen Brennstoffen gewonnen, so lassen sich mit Brennstoffzellen nur geringe Effizienzerhöhungen erzielen. Ein solcher Weg zur Bereitstellung des Wasserstoffs kann somit nur als eine zeitlich eng begrenzte Übergangsetappe auf dem Weg in eine CO₂-freie Energiewirtschaft betrachtet werden.

Atomenergie ist wegen ihrer vielfältigen unkalkulierbaren Risiken keine Alternative zu fossilen Brennstoffen, um das Problem des Klimawandels zu lösen.