דלק ביולוגי

דלק ביולוגי או ביו-דלק הוא סוג של דלק שמקור האנרגיה האצורה בו הוא בתהליך קיבוע פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה לתרכובת אורגנית (מולקולת סוכר) על ידי תהליך הפוטוסינתזה. בתהליך זה, צמחים, אצות וציאנובקטריות ממירים את אנרגיית השמש, אנרגיה סולרית, לאנרגיה אלקטרוכימית האצורה בקשרים שבין אטומים של מולקולות גלוקוז. סוכרים אלו משמשים את הצמח לשם גדילה והתפתחות, בניית דופן התא ואגירת חומרי תשמורת, כגון עמילן. ניתן לנצל צמחים, סוכרים ושמנים צמחיים בתהליכי שריפה ליצירת חום או לביצוע עבודה במנוע של כלי רכב. כך למעשה משתמשים באנרגיית השמש, שהיא זמינה ומתחדשת, לקבלת "דלק ביולוגי". דלקים ביולוגיים כוללים דלקים נוזליים, ביוגז, דלקים מוצקים שמקורם מביומסה צמחית או דלקים מבוססי אלכוהול מביומסה שעוברת תהליכי פירוק ותסיסה. 
דלקים ביולוגיים נחשבים כמקור לאנרגיה מתחדשת, היות שהשימוש בהם יוצר "מעגל סגור" של פחמן דו-חמצני; אותו פחמן דו-חמצני שמשתחרר בתהליך שריפת החומר הצמחי או תוצריו במנוע כלי הרכב שימש בעבר לגידולו. למרות שגם מקורם של דלקים פוסילים כגון נפט הוא מתהליך קיבוע פחמן עתיק על ידי צמחים, הם אינם נחשבים כמקור לאנרגיה מתחדשת היות שתהליך יצירתם לוקח מיליוני שנים. הפחמן הדו-חמצני ששימש בעבר הרחוק לגדילה של צמחים אלו הוצא מהאטמוספירה לפני זמן רב, ואינו משפיע על מצב גזי החממה או על האקלים. להבדיל ממקורות אנרגיה מתחדשים, שריפה של דלקים פוסיליים תורמת משמעותית לעלייה בהצטברות של פחמן דו-חמצני באטמוספירה, שמהווה גז חממה מסוכן ונפוץ, הקשור באופן ישיר באפקט החממה או ההתחממות העולמית בעשורים האחרונים.
תנודות במחירי הנפט, הצורך בהשגת ביטחון אנרגטי, הרצון בהפחתת התלות בנפט ודאגה סביבתית בנוגע לפליטות גזי חממה הן חלק מהסיבות העיקריות למחקר, פיתוח ושימוש בדלקים ביולוגיים. עלייה בקצב התרבות האוכלוסייה העולמית, יחד עם תהליכי תיעוש מואצים במדינות מתפתחות כמו הודו וסין יוצרים דרישה עולמית הולכת וגוברת למקורות אנרגיה. צריכת האנרגיה בסין למשל גדלה בשנת 2011 ב-11.2% והיא הייתה בשנת 2011 צרכנית האנרגיה הגדולה בעולם, לפני ארצות הברית. סובסידיות ממשלתיות וארגוני סביבה עולמיים תורמים להגדלת הנתח של אנרגיה מתחדשת מתוך סך השימוש, כאשר דלקים ביולוגים תופסים את החלק המשמעותי ביותר מתוך כלל האנרגיות המתחדשות. לפי ארגון האנרגיה הבינלאומי - IEA - אנרגיות מתחדשות מספקות 13% מדרישת האנרגיה העולמית, 77% מהן על ידי "ביו-אנרגיה", כלומר אנרגיה השאובה מניצול של ביומסה, פסולת תעשייתית ועירונית וגידולי אנרגיה. היקף הייצור העולמי של דלקים ביולוגיים (דלקים נוזליים וביוגז המופקים מביומסה) נמצא בעלייה מתמדת בעשורים האחרונים ועלה מ-16 ביוליון ליטרים בשנת 2000 ליותר מ-100 מיליארד ליטרים בשנת 2011. בברזיל לדוגמה, 23% מהדלקים לתחבורה בשנת 2009 היו דלקים ביולוגיים.

דלק ביולוגי בעולם

בשנת 2012 הייצור העולמי של ביואתאנול וביודיזל עמד על 113 מיליארד ליטרים לאחד ו-27 מיליארד ליטרים לשני . המחיר העולמי עמד על 85.36$ ל-100 ליטרים של ביואתאנול ו- 152.75$ ל-100 ליטרים של ביודיזל, בממוצע. 
נכון לשנת 2011, קיימים תקנים המחייבים שימוש בדלקים ביולוגים כתערובת יחד עם בנזין או דיזל בתחנות הדלק ב31 מדינות וב 29 מחוזות/פרובינציות ברחבי העולם. לפי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה - International Energy Agency - עד לשנת 2050 דלקים ביולוגים יוכלו לספק יותר מרבע מהדרישה העולמית לדלקים לתחבורה.

דלקים לתחבורה

רוב הדלקים המשמשים לתחבורה הם דלקים נוזליים, היות שרכבים דורשים צפיפות אנרגיה גבוהה, כזו שמצויה בחומר נוזל או מוצק. כדי לקבל צפיפות הספק גבוהה משתמשים ברוב כלי הרכב במנוע בערה פנימית, מנועים אלו דורשים דלקים נקיים כדי לשמור על ניקיון המנוע וכדי להקטין את זיהום האוויר. הדלקים שניתן לשרוף בצורה הנקייה ביותר הם בדרך כלל בצורת נוזל או גז. לכן, דלקים נוזליים (או גזים שניתן לאחסן אותם בצורתם הנוזלית) עומדים הן בדרישות של ניידות יחד עם תהליך שריפה נקי ופחות מזהם. בנוסף, גז או נוזל ניתן לשאוב בצורה פשוטה ונוחה, כך שהשימוש בהם ידידותי לצרכן ופחות מייגע.

דלקים ביולוגיים מדור ראשון

הכוונה בדלקים ביולוגיים מדור ראשון או דלקים ביולוגיים קובנציונליים היא למעשה דלקים המופקים מסוכר, עמילן ושמן צמחי. דלקים אלו (ביודיזל, ביואתאנול וביוגז) מאופיינים או על ידי אפשרות השימוש שלהם בתערובת עם דלקים מבוססי בנזין, שריפה במנועי בערה פנימית קיימים והפצה דרך התשתיות הקיימות או על ידי אפשרות השימוש בהם בטכנולוגיות כלי רכב אלטרנטיביות קיימות כמו רכבים מונעים בגז או Flexible-fuel vehicle. דלקים מדור ראשון נמצאים בשימוש מסחרי, עם קצב ייצור של כ50 מיליארד ליטרים בשנה.

דלקים מבוססי אלכוהול

דלקים אלכוהוליים, כגון אתאנול, פרופאנול ובוטאנול, מיוצרים על ידי מיקרואוגניזמים ואנזימים שונים בתהליך תסיסה, בה אלכוהול מתקבל מסוכרים פשוטים או עמילנים. במקרה של ביואתאנול צלולוזי, סיבי הצלולוז מפורקים בתהליך אנזימתי מקדים, לקבלת סוכרים זמינים לתסיסה מיקרוביאלית. 
האלכוהול הנפוץ ביותר שמשמש כדלק הוא הביואתאנול, במיוחד בברזיל. הדלקים האלכוהוליים מיוצרים בעיקר מתסיסה של סוכרים שמקורם בחיטה, תירס, קנה סוכר, סלק סוכר, דבשה וכל מקור סוכרי או עמילני אחר שניתן להפיק ממנו משקאות אלכוהוליים (כמו תפוחי אדמה, שאריות משדה חקלאי וכדומה). שרשרת הייצור כוללת פירוק אנזימתי של מולקולות הסוכר המורכבות לסוכרים פשוטים וזמינים לתסיסה, תסיסה מיקרוביאלית של הסוכרים (בדרך כלל על ידי שמרים), זיקוק וייבוש. תהליך הזיקוק מצריך שימוש באנרגיה רבה בצורה של חום, שמקורה לרוב ממקורות לא מתחדשים כמו דלקים פוסיליים וגז טבעי. ביומסה צלולוזית, המתקבלת כתוצר לוואי לאחר תהליך מחיצת קני סוכר למיצוי המיץ, יכולה לשמש גם היא כחומר גלם לבערה והפקת חום בתהליך שנחשב מתחדש ובר קיימא.
יתרונו של הביואתאנול הוא בכך שניתן להשתמש בו במנועי בנזין כתחליף מלא או כתוסף לבנזין. רוב מנועי כלי הרכב הקיימים העובדים על בנזין יכולים לפעול על תערובות בשיעור של עד 15% ביואתאנול. הסיבה לשימוש בתערובת היא שלאתאנול צפיפות אנרגיה נמוכה יותר משל בנזין, כלומר דרוש יותר דלק (מבחינה משקלית ונפחית) כדי לייצר את אותה כמות עבודה במנוע כלי הרכב. גם באתאנול טהור יש רק כשני שלישים מתכולת האנרגיה ליחידת נפח בהשוואה לבנזין, כך שדרוש מכל דלק כבד/ גדול יותר כדי לעבור את אותו המרחק, או שתידרשנה יותר עצירות תדלוק. ללא סובסידיות ממשלתיות, עלות השימוש בדלק לק"מ נסיעה גבוהה יותר בהשוואה לדלקים הקונבנציונלים.
לאתאנול מספר אוקטן גבוה יותר מאשר לדלק נטול אתאנול, משמעות הדבר היא עלייה ביחס הדחיסה של המנוע, שמתבטא בהגדלת היעילות התרמית של המנוע. באזורים גבוהים, בהם האוויר דליל, ישנן מדינות המחייבות שימוש בתערובת בנזין-אתאנול כמחמצן בחורף, כדי להפחית את שיעור הפליטות המזהמות לאטמוספירה. 
בנוסף להיותו דלק לתחבורה, אתאנול יכול לשמש גם כדלק לאח ביתית. אח כזו, שאינה דורשת ארובה או דלק קונבנציונלי, שימושית מאוד עבור בנייני מגורים חדשים ודירות נטולות ארובה מובנית. החיסרון באח כזו הוא שהחום המיוצר נמוך יותר מזה של אח המופעלת על ידי חשמל או גז. 
כאשר מחשבים את הערך האנרגטי נטו של תהליך הייצור של ביואתאנול יש לקחת בחשבון את האנרגיה המושקעת בציוד חקלאי, עיבוד האדמה, זריעה, דישון, הדברה, מערכות השקיה, קציר, הובלת הגידול למפעל העיבוד, תהליך מקדים שעובר החומר הצמחי, תסיסה, זיקוק, ייבוש, הובלה למסופי תדלוק והפצה דרך משאבות קמעוניות. בנוסף, יש להתייחס לתכולת האנרגיה הנמוכה יותר של דלק אלכוהולי לעומת דלק פוסילי לתחבורה. ערך זה יכול לצאת חיובי או שלילי, כתלות בגידול עצמו ובאזור, בתהליך הייצור, בשיטות ההובלה וההפצה ועוד. מאידך, במידה ומחשיבים את התועלות המתקבלות משימוש באנרגיה מתחדשת (הפחתת הפליטות, הורדת זיהום האוויר, תרומה לבריאות הציבור הכללית ועוד), ערך זה עולה בוודאות. 
להפקת ביואתאנול מתירס ומגידולים אחרים ישנם חסרונות בדמות של השפעה על מחירי המזון בעולם ומאזן אנרגיה (במונחים של כמות האנרגיה הסופית המסופקת לצרכן לעומת כמות האנרגיה מדלקים פוסיליים שהושקעה בגידול) מוגבל ונמוך, אם כי חיובי. לכן, הטכנולוגיה מתקדמת לעבר פיתוח של אתאנול צלולוזי. לפי מחקר משותף שנערך על ידי משרד האנרגיה האמריקני, יחס האנרגיה הפוסילית – Fossil Energy Ratio FER – לאתאנול צלולוזי, אתאנול מתירס ובנזין הוא 10.3, 1.36 ו- 0.81 בהתאמה. 
מתאנול מיוצר מגז טבעי, שהוא דלק פוסילי לא מתחדש. 
בוטאנול (C4H9OH) מיוצר בתהליך שנקרא "תסיסת ABE", שתוצריו הם אצטון, בוטאנול ואתאנול, שינויים ניסיוניים בתהליך התסיסה הראו רווח אנרגטי פוטנציאלי גבוה, עם בוטאנול כתוצר הנוזלי הסופי היחידי. בוטאנול יכול לייצר יותר אנרגיה ולכאורה יכול להישרף ישירות במנועי בנזין קיימים (ללא צורך בהתאמות של מנוע המכונית). כמו כן, הוא פחות קורוזיבי ופחות מסיס במים מאתאנול ולכן יהיה ניתן להפיץ אותו דרך התשתיות הקיימות. החברות DuPont ו- BP עובדות יחד בפיתוח טכנולוגיית הבוטאנול. גם חיידק מסוג E.Coli הונדס בהצלחה לייצור בוטאנול על ידי שינוי המטבוליזם של חומצות האמינו שלו.

ביודיזל

ביודיזל הוא הדלק הביולוגי הנפוץ ביותר באירופה. הוא מיוצר משמנים או שומנים בתהליך של טראנאסטריפיקציה והנוזל דומה בהרכבו לדיזל פוסילי/מינראלי. מבחינה כימית, הוא מורכב בעיקר ממתיל (או אתיל)-אסטרים של חומצות שומן (FAMEs). המקורות לביודיזל כוללים שומן בעלי חיים, שמן צמחי, סויה, קנולה, ג'טרופה, חרדל, חמניות, שמן דקלים, פשתן, קנביס ואצות. ביודיזל טהור (B100) הוא דלק הדיזל בעל רמת הפליטות הנמוכה ביותר. למרות שלגז בנזין מנוזל ולמימן תהליך שריפה נקי יותר, הם משמשים לתדלוק של מנועי בנזין בעלי יעילות נמוכה ואינם זמינים ונפוצים כמו ביודיזל. 
ניתן להשתמש בביודיזל בכל מנוע דיזל קיים, בתערובת עם דיזל מינראלי. במדינות אחדות היצרנים אף מעניקים אחריות לרכבים שלהם על שימוש בB100. ברוב המקרים, ביודיזל מתאים למנועי דיזל החל משנת ייצור 1994, שמשתמשים בגומי סינתטי מסוג "Viton" (של חברת DuPont) במערכות הזרקת הדלק שלהם. בעלי כלי רכב בהם מותקנות מערכות אלקטרוניות מהסוגים "common rail" ו- "unit injector" משנות התשעים המאוחרות מחויבים להשתמש בביודיזל מעורבב עם דלק דיזל קונבנציונלי. למנועים אלו מערכות הזרקה רגישות מאוד לצמיגות הדלק, B100 יכול להפוך לצמיג יותר בטמפרטורות נמוכות, תלוי במקור חומר הגלם שבו השתמשו. רבים ממנועי הדיזל החדשים מיוצרים כך שהם יכולים לעבוד על B100 מבלי שיהיה צורך בשינוי המנוע עצמו, למרות שהדבר תלוי בעיצוב הפנימי של המנוע. היות שביודיזל הוא ממס יעיל ומסוגל לנקות משקעים שנותרו משימוש בדיזל מינראלי, יש צורך בהחלפת מסנני המנוע בתכיפות רבה יותר היות שהדלק הביולוגי ממיס משקעים ישנים במכל הדלק ובצנרת. הדלק הביולוגי מנקה באופן יעיל את תא הבערה של המנוע ממשקעי פחמן, ובכך עוזר לשמור על יעילות המנוע. במדינות אירופה רבות, תערובת של 5% ביודיזל זמינה ונפוצה באלפי תחנות דלק שונות.
ביודיזל הוא למעשה דלק מחומצן, כלומר הוא מכיל כמות מופחתת של פחמן ותכולת מימן וחמצן גבוהה יותר מאשר דיזל פוסילי. עובדה זו משפרת את איכות השרפה של הדלק ומורידה את כמות החלקיקים הנפלטים מפחמן שאינו נשרף.
בנוסף, ביודיזל בטוח לשימוש ולהובלה היות שהוא מתכלה בדיוק כמו סוכר, פי 10 פחות רעיל ממלח שולחן ויש לו נקודת הבזק גבוהה של כ-c°148 בהשוואה לדלק דיזל מבוסס בנזין, שנקודת ההבזק שלו היא c°52 בלבד.
ברחבי ארצות הברית, יותר מ-80% מהמשאיות המסחריות והאוטובוסים העירוניים מונעים על ידי מנועי דיזל. שוק הביודיזל המתפתח שם מוערך בגידול של 200% משנת 2004 עד לשנת 2005.

דיזל ירוק

דיזל ירוק, שידוע גם כדיזל מתחדש, הוא צורה של דלק דיזל אשר מיוצר מגידולים מתחדשים במקום מחומר גלם פוסילי המשמש ליצירת רוב דלקי הדיזל. המקורות לדיזל ירוק רבים ומגוונים וכוללים שמנים כמו קנולה, אצות, ג'טרופה וסליקורניה. לייצור של דיזל ירוק משתמשים בזיקוק חלקי של השמנים, תהליך שונה מהפקת ביודיזל על ידי טראנאסטריפיקציה. 
"דיזל ירוק" ידוע בעיקר באירלנד, ואין להתבלבל בינו לבין הדיזל הצבוע ירוק שנמכר בתעריף מס נמוך יותר למטרות חקלאיות. שימוש בצבע מאפשר פיקוח על השימוש בדלק מופחת המס הזה למטרות שאינן מוגדרות עבורו כגון לתחבורה פרטית או הובלה מסחרית.

שמן צמחי

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 לאחרונה 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 לשריפה 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&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 השריפה 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 ו פחמימנים נוספים, מיוצר על ידי דחיסה חלקית של ביומסה. הכוונה היא לשריפה בנוכחות נמוכה של חמצן, בכמות כזו שאינה מספיקה להמיר לחלוטין את כל הביומסה לפחמן דו-חמצני ומים. לפני תהליך השריפה החלקי, הביומסה עוברת ייבוש ולפעמים גם פירוליזה. תערובת הגזים הנוצרת, סינגז, יעילה יותר מאשר התוצר המתקבל משריפה 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 אלכוהולים שיכולים להיות מוסבים לבנזין.

דלקים ביולוגיים מוצקים

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 דלקים 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 בדלקים ביולוגיים מוצקים לא יוצר תחרות בין ייצור דלק למזון, למרות שלא כך תמיד המקרה.
הבעיה העיקרית עם שריפה 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 שלדלקים מביומסה יש פחות השפעה סביבתית באופן מובהק בהשוואה לדלקים פוסילים. ניתן בהקשר זה לציין מחקר שבוצע עבור משרד האנרגיה האמריקני אשר השווה אז המאזן האנרגטי, פליטות גזי החממה והכדאיות כלכלית של דלקים ביולוגיים בהשוואה לדלקים הפוסילים, 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. 
דלקים ביולוגיים מדור ראשון אמנם מציעים מספר תועלות בדמות הפחתת רמות הפחמן דו-חמצני והגברת הביטחון האנרגטי, אך מעוררים דאגות לגבי הגידולים מהם מופקים הדלקים, בעיקר בתחום שימושי הקרקע, שמירה על המגוון הביולוגי ותחרות עם גידולים למזון.

דלקים ביולוגיים מדור שני

כמו הדלקים מהדור הראשון, גם דלקים ביולוגים מדור שני הם דלקים 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. הדלקים הנמצאים תחת פיתוח הם אתאנול צלולוזי, דלק מאצות, ביומימן, ביומתאנול, DMF, BioDME, פישר-טרופש דיזל, דיזל ביו-מימני, תערובת אלכוהולים 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 (כמו 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 אנזימתיים 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 הדלקים הביולוגיים, 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 לאחרונה 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 בדלקים ביולוגיים. 
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 בשנחאי שיוכל לייצר דלק למטוסים מפסולת גזית מתעשיית הפלדה.
מדענים ממיניסוטה פיתחו זנים של חיידקי Shewanella ו- Synechococcus המסוגלים לייצר שרשראות הידרוקארבוניות ארוכות בצורה ישירה ממים, פחמן דו-חמצני ואור שמש.

סוגיות בנוגע לייצור ושימוש בדלקים ביולוגיים

מדינות רבות ברחבי העולם מטמיעות יעדים לשימוש באנרגיות מתחדשות ודלק ביולוגי מהווה חלק עיקרי בהשגת מטרות אלו. אולם, לשימוש בדלקים ביולוגיים יתרונות וחסרונות שיש לקחת בחשבון כאשר דנים בנושא זה. למרות שהמעבר מדלקים פוסילים מזהמים לניצול אנרגיות מתחדשות הוא רצוי ומיטיב, יש להתחשב גם בחסרונות הנובעים משימוש רחב היקף בדלקים אלו. דלק ביולוגי, ככל סוג אחר של דלק, אינו חף מבעיות, והשימוש בו מעלה סוגיות חברתיות, כלכליות, סביבתיות וטכנולוגיות, אשר מוצגות לעיתים תכופות בירחונים מדעיים ובכלי התקשורת.

פליטות גזי חממה

לפי המרכז הבריטי לגידולים לא אכילים, סך כל החסכון משימוש בביו דיזל מדור ראשון כדלק לתחבורה נע בין 25-82% (כתלות בגידול בו השתמשו להפקת הדלק), בהשוואה לדיזל המופק משמן פוסילי. מאידך, חתן פרס נובל פול קרואצן מצא שהפליטות של תחמוצות החנקן עקב דשנים מבוססי חנקן דווקא מוגדלות, ומטות את המאזן כך שרוב הדלקים הביולגים מייצרים יותר גזי חממה בעת גידולם מאשר הדלקים הפוסילים אותם הם נועדו להחליף. ייצור של דלק ליגנוצלולוזי מציע הפחתת פליטות גזי חממה משמשעותית יותר מזו המתאפשרת על ידי שימוש בדלקים ביולוגים מדור ראשון. לפי תחזיות 1CONCAWE (גוף מתעשיית השמן) דלקים ליגנוצלולוזים צפויים להוריד את רמת הפליטות של גזי חממה בכ-90% בהשוואה לבנזין פוסילי, בניגוד לדלקים מדור ראשון שנמצאו כמפחיתים את הפליטות ב20-70%. 
מספר מדענים הביעו דאגה בנוגע לשינויים בשימושי הקרקע בתגובה להגדלת הביקוש לגידולים המשמשים להפקת דלק ביולוגי וכתוצאה מכך הגדלת כמות הפליטות. הזמן שייקח לדלקים ביולוגים להחזיר את "חוב הפחמן" שהם חייבים עקב שינויי קרקע מוערך בכ-100-1000 שנים, כתלות במקרה ספציפי והמיקום של שינוי הקרקע. אולם, שיטות חקלאיות מתקדמות יכולות להקטין זמן זה ל3 שנים במקרה של המרת קרקע לגידול עשבים או ל14 שנים עבור המרה ליער. דלקים ביולוגים המיוצרים משאריות ביומסה או מביומסה הגדלה על שטחים חקלאיים נטושים יוצרים חוב פחמן נמוך או אינם מייצרים חוב כזה כלל.

דלק ביולוגי בישראל

במדינת ישראל עדיין לא הוחל בפרויקטים גדולים להפקת דלק ביולוגי לשימוש עצמי או ליצוא. עם זאת, הנושא נמצא תחת מחקר אינטנסיבי ברבים ממכוני המחקר המתקדמים בארץ. 
החלטת הממשלה משנת 2009 קבעה יעד מנחה לייצור חשמל מאנרגיה מתחדשת בהיקף של 10% מצורכי האנרגיה בחשמל של המדינה בשנת 2020. על פי החלטה זו, אנרגיה מתחדשת מוגדרת כאנרגיה שמקורה בניצול חום וקרינת שמש, רוח, ביוגז וביומסה או מקור לא מתכלה אחר שאינו דלק פוסילי. 
מנהל החשמל, משרד התשתיות הלאומיות פרסם בשנת 2010 לאומדני עלויות ייצור בטכנולוגיות מתחדשות, כאשר ביוגז נכלל כדלק הביולוגי היחידי. על פי הערכה זו, עלות ההקמה לייצור של 1MW היא 4.5 מיליוני דולרים ואילו עלות התפעול השנתית היא 0.022 מיליון דולר. האומדן לייצור השנתי עומד על 6570 מגהוואט שעה, ואורך חיי המתקן חזוי ל20 שנה. האומדן לשטח הנדרש עומד על 1.7 דונם.