דלק ביולוגי
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.
מדענים ממינסוטה פיתחו זנים של חיידקי Shewanella ו- Synechococcus המסוגלים לייצר שרשראות הידרוקארבוניות ארוכות בצורה ישירה ממים, פחמן דו-חמצני ואור שמש.