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经过长久的研究和探索，科学家们已经熟知如何将树木、灌木、种子、菌类、藻类和动物脂肪等有机物转化成生物燃料，为汽车、轮船甚至飞机提供动力。对于缺少化石燃料的国家来说，让生物燃料作为替代燃料可谓一举两得，既能提供动力，又能降低空气中的碳排放量。然而，令人沮丧的是，大批量生产生物燃料成本高昂，难与化石燃料竞争。
比如，乙醇是一种含酒精的化学燃料，很容易从含糖或含淀粉的植物中蒸馏出来。美国政府自1979年开始大力推广使用乙醇含量10%的混合燃料。由植物油脂提取物和柴油混合的生物柴油也在欧洲得到推广使用。这些都属于“第一代”生物燃料。生产这些燃料所需的原材料都是人和牲畜的粮食，这大大限制了产业规模。
为了克服“第一代”生物燃料的限制，过去10年，数家新兴企业应运而生，致力于发展“第二代”生物燃料。其中，一些企业希望摒弃“粮食换燃料”的模式，使用没有营养价值的原料，比如农业废弃物或生长快速的树木和杂草。另一些企业希望生产出直接替代化石燃料的纯生物燃料，而不是混合燃料。
然而，梦想未能照进现实。生物燃料行业近几年放缓了前进的脚步，曾经雄心勃勃的新兴公司要么破产，要么压缩规模。生物燃料价格高企，消费者们对新技术并不买账。同时，由于水力压裂技术的广泛应用而“解锁”的石油、天然气储量成为美国能源独立的另一个替代选项。生物燃料到底哪里出了问题？
能否以低成本实现量产是生物燃料的最大挑战。
壳牌公司2008年曾发起了10个先进的生物燃料项目。但目前大部分项目已被叫停，没有一个能够投入商业生产。壳牌公司负责可替代能源的副总裁MatthewTipper表示，所有项目都可以在实验室规模下生产燃料，但并不具备投入市场的能力，因为制造成本“高得超乎想象”。
巴西公司Cosan曾是“第一代”生物燃料生产商，现在他们与壳牌合作，即将开始生产“第二代”燃料——纤维素乙醇。Cosan打算使用传统乙醇工厂生产二代产品，用新产品的加工工艺加强一代产品的生产流程，而不是单纯的更新换代。
“第二代”生物燃料的关键在于原料。
全球第一家以工业化规模生产“第二代”生物燃料的公司是Beta Renewables，它是意大利化工巨头康泰斯公司（Chemtax）的子公司。这家公司使用附近农场的稻草生产纤维素乙醇，今年夏天产量已经达到工厂总产能的一半。他们打算在四季使用不同的廉价应季植物废料。比如，秋天使用玉米废弃物，冬天使用稻杆，春天使用桉树枝叶。Beta Renewables已经取得在巴西和马来西亚使用该技术的执照，并希望能在年底之前在更多国家取得执照。
除了像BetaRenewables这样的公司之外，另一些公司致力于研究纯生物燃料。相较于混合式燃料，纯生物燃料受政策影响较少。
美国加利福利亚州的Amyris公司经过研究，利用酵母菌和其它微生物发酵糖合成，目前能够限量生产可再生柴油，这种燃料已经被用于巴西的公共汽车上。此外，公司正在尝试获得可再生航空燃料的商用许可。
另一家加利福利亚州的公司——Solazyme，同样专注于生产可再生柴油和航空燃料，他们使用的原料来自藻类植物——在封闭的发酵池中种植藻类植物，与糖一起作为原料使用。美国海军已经在训练演习中使用了上千吨这种藻类燃料，并且，美国连锁加油站Propel最近已成为首个藻类柴油供应商。尽管该技术已经得到应用，但Solazyme仍在为“钞票”而精打细算着。今年底之前，Solazyme位于巴西的藻类工厂将投产，产量为1.1亿升，届时这种藻类技术的商业潜力将见分晓。
很多观察者质疑生物燃料相较于化石燃料的竞争力。澳大利亚生物技术和纳米技术研究所研究员Daniel Klein对可再生航空燃料进行了综合分析，他认为，以蔗糖为原料的“第一代”生物燃料若要战胜化石燃料，要等到原油价格至少需达到168美元/桶的时候；以藻类技术为导向的“第二代”生物燃料若要具有竞争力，则油价必须飙升到1000美元/桶以上。
然而，即使“第二代生物燃料”技术能够克服成本高昂的问题而扩大规模，它仍然面临问题，例如原材料供应。Beta Renewables指出，该公司每年生产1.4亿升生物燃料需要35万吨原材料，并且全世界只有特定的区域能够提供如此多的材料，比如巴西、美国部分地区以及亚洲。
虽然全世界每年产生数以亿吨计的农业废料，但收集和运输这些废料成本昂贵。此外，很多农场就地将农业废料用来滋养土地、饲养牲口或燃烧取能。如果木头被用来制造生物燃料，建筑业和造纸业将受到冲击。美国环境保护署（EPA）近期决定将在农场种植生长迅速的芦竹用于生产生物燃料，但遭到大批环境组织的抗议，他们认为这对环境会产生不良影响，而且会导致生物入侵。
曾经的“粮食换燃料”如今变成了“植物换燃料”，映射出当今生物燃料的发展现状，这种艰难的情况还将延续下去，直到人们认为燃料比生态更为重要。
