שמן צמחי למאכל שלא עבר התאמות אינו משמש לרוב כדלק, אך שמן באיכות נמוכה יותר יכול לשמש למטרה זו. שמן צמחי משומש הופך יותר ויותר לביודיזל על ידי תהליכי עיבוד, או (במקרים נדירים יותר) מנוקה ממים ומחלקיקים ומשמש כדלק.
כמו במקרה של 100% ביודיזל (B100), כדי להבטיח הזרקת דלק בצורה מתאימה לשרפה יעילה, דלק משמן צמחי חייב להיות מחומם כדי להפחית את צמיגותו לדומה לשל דיזל. הדבר נעשה על ידי סלילים חשמליים או מחליפי חום. הדבר פשוט יותר באקלים חם או מתון. תאגידים גדולים כמו MAN B&amp;W Diesel ,Wärtsilä, ו-Deutz AG וכמו כן, מספר חברות קטנות כמו Elsbett מציעות מנועים שמותאמים לשימוש בשמן צמחי באופן ישיר, ללא צורך בשינויים שלאחר הקנייה. הודות לעיצוב תא השרפה במנועי הזרקה בלתי ישירה, מנועים אלו הם הטובים ביותר לשימוש בשמן צמחי.
שמנים ושומנים יכולים לעבור הידרוגנציה כדי לקבל תחליף לדיזל. התוצר המתקבל היא שרשרת פחמימנית שאינה מכילה חמצן. שמנים מבוססי מימן אלו יכולה להיות מעורבבים עם דיזל בכל יחס שהוא. לשמנים אלו מספר יתרונות על פני ביודיזל, כולל ביצועים טובים בטמפרטורות נמוכות, יציבות באחסון והם אינם פגיעים להתקפה מיקרוביאלית.
ביואתרים.
ביואתר (ידוע גם כדלק אתארי או דלק מחומצן) היא תרכובת חסכונית המשמשת כתוסף לשיפור "מספר האוקטאן". ביואתרים משמשים גם כמשפרי ביצועים של המנוע, מפחיתים שחיקת מנוע ומפחיתים פליטות רעילות. תרומתם העיקרית היא בשיפור איכות האוויר אותו אנו נושמים, על ידי הפחתה משמעותית של כמות האוזון הנפלטת בסמוך לקרקע.
סינגז.
סינגז, תערובת של פחמן חד-חמצני, מימן ופחמימנים נוספים, מיוצר על ידי דחיסה חלקית של ביומסה. הכוונה היא לשרפה בנוכחות נמוכה של חמצן, בכמות כזו שאינה מספיקה להמיר לחלוטין את כל הביומסה לפחמן דו-חמצני ומים. לפני תהליך השרפה החלקי, הביומסה עוברת ייבוש ולפעמים גם פירוליזה. תערובת הגזים הנוצרת, סינגז, יעילה יותר מאשר התוצר המתקבל משרפה ישירה של הדלק הביולוגי המקורי, כלומר יותר מהאנרגיה האצורה בדלק משתחררת.
• ניתן להשתמש בסינגז ישירות במנוע בערה פנימית, טורבינות ותאי דלק בטמפרטורות גבוהות.
• ניתן להשתמש בסינגז כדי לייצר מתאנול, DME ומימן, או ניתן להמירו בתהליך פישר-טרופ ולייצר תחליף דיזל או תערובת של אלכוהוליים שיכולים להיות מוסבים לבנזין.
דלק ביולוגי מוצק.
הדוגמאות הנפוצות הן עצים, נסורת, גזם דשא, אשפה ביתית, פסולת חקלאית, גידולי אנרגיה לא אכילים וזבל יבש.
כאשר הביומסה הגולמית נמצאת כבר בצורה מתאימה (כמו במקרה של עצים), ניתן לשרוף אותה ישירות בתנורים כדי לספק חום או כדי לייצר קיטור. כאשר הביומסה אינה נמצאת בצורה נוחה (כגון נסורת, שבבי עץ, עשבים, פסולת עירונית או חקלאית), היא עוברת תהליך דחיסה להגדלת הצפיפות. תחילה טוחנים את הביומסה הגולמית לחלקיקים בגודל מתאים, כתלות בצפיפות הרצויה – מ1 עד 3 ס"מ. חלקיקים אלו נדחסים לקבלת תוצר המשמש כדלק. סוגי התוצרים הקיימים הם דסקיות עץ (wood pellets), קוביות או פלטות. תהליך ייצור הדסקיות הוא הנפוץ ביותר באירופה והוא לרוב מהווה מוצר עץ טהור. סוגי הדחיסה האחרים מפיקים מוצרים סופיים גדולים יותר בהשוואה לדסקיות ומתאימים למגוון רחב של חומרי גלם. התוצר המתקבל קל יותר להובלה ולהזנה למערכות גנרטורים כגון דוד קיטור.
אחד היתרונות של סוגי דלק מביומסה יבשה הוא שהם לרוב תוצר לוואי, שארית או פסולת סופית של תהליכים אחרים בתעשיות שונות, כמו חקלאות, בעלי חיים או יערות. בתאוריה הדבר אומר כי שימוש בדלק ביולוגי מוצק לא יוצר תחרות בין ייצור דלק למזון, למרות שלא כך תמיד המקרה.
הבעיה העיקרית עם שרפה של ביומסה גולמית היא שהדבר משחרר כמויות משמעותיות של מזהמים כגון חלקיקי חומר ו- PAH (טבעות ארומטיות של הידרוקרבונים). אפילו דודי קיטור מודרניים המוזנים על ידי דסקיות עץ מייצרים הרבה יותר מזהמים מאשר דוודים של גז טבעי או שמן.
למרות האמור לעיל, מספר מחקרים הראו שלדלק מביומסה יש פחות השפעה סביבתית באופן מובהק בהשוואה לדלק פוסילי. ניתן בהקשר זה לציין מחקר שבוצע עבור משרד האנרגיה האמריקני אשר השווה אז המאזן האנרגטי, פליטות גזי החממה והכדאיות כלכלית של דלק ביולוגיים בהשוואה לדלק הפוסילי, עם וללא פילטר ללכידת פחמן דו-חמצני. תחנות כוח משחררות כמויות משמעותיות של גזי חממה, בעיקר פחמן דו-חמצני CO2. לכידה של פחמן דו-חמצני באמצעות מסננים המותקנים על ארובות תחנת הכוח יכולה להפחית את שיעור הפליטות של גזי החממה באופן ניכר, אך זוהי לא התמונה הכוללת. לכידה וסילוק של CO2 הוא תהליך הצורך אנרגיה נוספת ובכך מוריד את יעילות התחנה. כדי לפצות על הפחתת היעילות יש לצרוך יותר דלק פוסילי - כלומר אנו נתקלים בבעיית "התרנגולת והביצה".
בהתחשב באמור לעיל, פוטנציאל ההתחממות הגלובלית, שמורכב מפליטות של פחמן דו-חמצני CO2, מתאן CH4 ותחמוצת החנקן N2O יחד עם המאזן האנרגטי של המערכת צריך להיות מוערך על ידי שימוש בערכה של כל מחזור החיים - שיטה בשם life-cycle assessment. שיטה זו לוקחת בחשבון את התהליכים המקדימים שנותרים קבועים לאחר לכידת הפחמן הדו-חמצני, כמו כן את הצעדים הדרושים ליצירת כוח נוסף. שריפת ביומסה במקום פחם הובילה ל-148% הפחתה בפוטנציאל ההתחממות הגלובלית.
דלק ביולוגי מדור ראשון אמנם מציע מספר תועלות בדמות הפחתת רמות הפחמן דו-חמצני והגברת הביטחון האנרגטי, אך מעורר דאגות לגבי הגידולים מהם מופקים הדלק, בעיקר בתחום שימושי הקרקע, שמירה על המגוון הביולוגי ותחרות עם גידולים למזון.
דלק ביולוגי מדור שני.
כמו הדלק מהדור הראשון, גם דלק ביולוגי מדור שני הם סוגי דלק המיוצרים מחומרי גלם ברי קיימא. הקיימות של חומר הגלם מוגדרת בין היתר על ידי זמינות חומר הגלם, השפעה על פליטות גזי חממה והשפעה על המגוון הביולוגי ושימושי הקרקע. סוגי הדלק הנמצאים תחת פיתוח הם אתאנול צלולוזי, דלק מאצות, ביומימן, ביומתאנול, DMF, BioDME, פישר-טרופש דיזל, דיזל ביו-מימני, תערובת אלכוהוליים ודיזל המופק מעצים.
בייצור ביואתאנול צלולוזי משתמשים בגידולים שאינם למאכל או תוצרי לוואי לא אכילים של תעשיות חקלאיות, יתרונו העיקרי של דלק זה הוא בכך שהוא אינו מתחרה ישירות עם מזון לבני אדם או לבעלי חיים. "ליגנוצלולוז" הוא חומר המבנה ה"עצי" של צמחים ומתאר את 3 המרכיבים העיקריים המצויים כרשת סבוכה בדופן התא הצמחי: צלולוז, המיצלולוז וליגנין. צלולוז הוא החומר הנפוץ והשכיח ביותר על פני כדור הארץ, ובחלק מהמקרים (למשל במקרים של נסורת וקליפות הדרים) מהווה בעצמו פסולת בעייתית שיש להיפטר ממנה. יתרון נוסף לדלק זה הוא הפחתה של 86% בפליטות גזי החממה (בהשוואה לבנזין) בעת שריפתו.
ייצור של אתאנול מצלולוז מהווה בעיה טכנולוגית קשה לפתרון. בטבע, בעלי חיים מעלי גרה (כמו בקר) ניזונים מעשבים וצמחים ומשתמשים בתהליכי עיכול אנזימטיים איטיים כדי לפרק את דופן התא לסוכר (גלוקוז). במעבדות השוקדות על פיתוח אתאנול צלולוזי מפתחים מספר תהליכים ניסיוניים המנסים לחקות את פעולת אנזימי העיכול של מעלי הגרה בטבע, כדי לפרק את החומר הצמחי לסוכרים פשוטים. הסוכרים המשתחררים בתהליך יכולים להמשיך לתהליך תסיסה ליצירת דלק אתאנולי. מדענים רבים ברחבי העולם משתמשים ב"ביולוגיה סינתטית" לפיתוח וייצור של אנזימים קטאליטים מפטריות אשר מסוגלים לפרק באופן יעיל צלולוז לסוכרים פשוטים בטמפרטורות גבוהות. השימוש בטמפרטורות גבוהות זוהה כגורם חשוב בשיפור היעילות הכלכלית הכללית של תעשיית הדלק הביולוגי, כך שבידוד אנזימים המסוגלים לעבוד ולהישאר יציבים בטמפרטורות קיצוניות הוא תחום מחקר פעיל וחשוב. בנוסף, המחקר מתמקד בפיתוח זני שמרים המסוגלים ליצור אתאנול מסוכרים שונים מגלוקוז או ממקורות לא אכילים כגון קש וחציר.
דלק ביולוגי מדור שני נוסף הנמצא בתהליכי מחקר ופיתוח מואצים הוא דלק המופק מאצות. אצות הן מיקרואורגניזמים איאוקריוטיים פוטוסינתטיים, וניתן לייצר מהן ביודיזל ויש האומרים גם ביואתאנול. ישנם יתרונות רבים לשימוש באצות: האצות גדלות מהר יחסית, כל השנה, ואינן דורשות שדות חקלאיים ומים באיכות טובה. אפשר לגדלן גם במי קולחין, כך שלהבדיל מגידולים חקלאיים רגילים שמגדלים למטרות הפקת דלק ביולוגי (דוגמת סויה ותירס), גידולן אינו מתחרה בגידולים חקלאיים למזון. יבול האצות ליחידת שטח גידול גדול יותר, ואפשר לנצל את כל הביומסה הנוצרת, ולא רק את חלקה. עם זאת, הפקת דלק מאצות הוא תהליך יקר, הטכנולוגיה עדיין לא מפותחת לגמרי ונתקלת בקשיים ויש שטוענים כי גידול האצות בבריכות מייצר יותר גזי חממה ומוביל למאזן אנרגטי וסביבתי שלילי.
הגילוי החדשני של פטריה בשם "Gliocladium roseum" מוביל לקראת יצירה של מיקו-דיזל (דיזל המיוצר על ידי שימוש בפטריות) מצלולוז. יצור זה (שהתגלה ביערות הגשם של צפון פטגוניה) הוא בעל היכולת הייחודית של המרת צלולוז להידרוקארבונים באורך בינוני, כאלו שמצויים לרוב בדלק דיזל. מחקר רב מושקע גם בפיתוח יצורים מהונדסים גנטית על ידי שימוש בטכנולוגיות דנ"א רקומביננטי אשר יוכלו להעלות את פוטנציאל השימוש בדלק ביולוגי.
מדענים העובדים עם חברה ניו זילנדית בשם Lanzatech הצליחו לפתח טכנולוגיה לשימוש בפסולת גזית תעשייתית הנפלטת ממפעלי פלדה, כמו פחמן חד-חמצני CO, כחומר גלם לתהליך תסיסה מיקרוביאלית לשם ייצור אתאנול. באוקטובר 2011 חברת Virgin Atlantic הודיעה שהיא חוברת ל Lanzatech להקמה של מפעל הדגמה בשאנגחאי שיוכל לייצר דלק למטוסים מפסולת גזית מתעשיית הפלדה.