- Phương pháp lên men sản xuất bioethanol từ các loại sinh khối là phế thải công nghiệp giấy, thực phẩm, chăn nuôi, chế biến gỗ, nông nghiệp… đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều quy mô khác nhau. Quy trình gồm ba bước chính là tiền xử lý (để cải thiện khả năng tiếp cận enzyme), thủy phân (bằng enzyme để chuyển các polysaccharide thành các monomer glucose và xylose) và cuối cùng là lên men bằng các vi sinh vật khác nhau. Trong ba bước nêu trên thì bước tiền xử lý lý - hóa học lignocellulose là khó khăn nhất, vì vậy, thách thức đối với phương pháp này là phát triển nhiều công nghệ tiền xử lý hiệu quả hơn, phát triển và duy trì các vi sinh vật hoạt động ổn định (biến đổi gene) trong các hệ thống lên men ở quy mô thương mại và tích hợp các thành phần tối ưu vào tính toán giá thành của các hệ thống sản xuất. Trong khoảng thời gian   5 năm (từ 2013) sản lượng bioethanol từ các nguyên liệu lignocellulosic đã từ zero đạt 10 tỷ gallon, có khả năng đạt 15 tỷ gallon vào cuối năm 2018 [11].

- Hướng sản xuất NLSH tiên tiến gần đây được quan tâm và đã có bước thương mại hóa là nhiệt phân nhanh (Rapid Thermal Pyrolysis - RTP) được thực hiện trong môi trường không có oxy, ở nhiệt độ khoảng 500oC và áp suất thường. Khoảng 65-70% sinh khối có thể được chuyển thành sản phẩm lỏng gọi là dầu nhiệt phân/dầu sinh học (FPBO). VPI đã thử nghiệm nhiệt phân nhanh một số phế thải nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, lõi ngô), đạt hiệu suất trên 50% FPBO, đáp ứng các tiêu chuẩn ASTM đối với loại dầu này [12]. Tập đoàn BTG đã xây dựng một nhà máy nhiệt phân nhanh phế thải từ quy trình sản xuất dầu cọ tại Malaysia công suất 2 tấn FPBO/giờ và một nhà máy nhiệt phân gỗ tại Hengelo (Hà Lan) công suất 120 tấn phế thải gỗ/ngày, hàng năm cho ra 24.000 tấn FPBO, đồng thời cung cấp 2.200 MWh điện cùng với 84.000 tấn hơi nước. Lượng CO2 trong khí quyển được giảm tương ứng là 24.000 tấn/năm [13].

Dầu nhiệt phân có thể được sử dụng như nhiên liệu thô, hoặc chuyển hóa tiếp thành các sản phẩm cao cấp hơn chứa ít hoặc không chứa oxy bằng cách xử lý với hydro trong quá trình hydrodeoxy hóa (HDO). Quá trình này đang rất được quan tâm nghiên cứu trên các hệ xúc tác khác nhau trên cơ sở các kim loại quý, kim loại chuyển tiếp dưới dạng đơn hoặc đa cấu tử. Kết quả nghiên cứu chung của VPI và các đối tác Đức  đã cho thấy xúc tác lưỡng kim loại Ni-Co mang trên zeolite ZSM-5 thể hiện hoạt độ cao, độ chuyển hóa FPBO đạt 39% và nhiệt trị của sản phẩm tăng từ 23,6 lên 33,9 MJ/kg [14]. Trong khi quá trình HDO đang trong giai đoạn nghiên cứu để thương mại hóa thì xuất hiện hướng sử dụng FPBO khá hấp dẫn là trộn vào phân đoạn VGO (gasoil chân không) làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác FCC (cracking tầng sôi) trong nhà máy lọc dầu. VPI đã thử nghiệm cách làm này và thu được kết quả đáng khích lệ. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ hợp tác với Công ty đa quốc gia Petrobras (Brazil) [15] đã thử nghiệm cracking hỗn hợp pha trộn 5% và 10% FPBO với VGO; ở quy mô pilot cho thấy, với 5% FPBO, hiệu suất các sản phẩm sáng (xăng, LPG, LCO) không khác so với cracking 100% VGO; ở tỷ lệ 10% FPBO, hiệu suất các sản phẩm sáng có giảm nhưng không nhiều. Về hiệu quả kinh tế, quy trình công nghệ có tính khả thi khi mở rộng quy mô. Vấn đề sản xuất H2 và thu hồi CO2 Hydro là cấu tử không thể thiếu trong đa số các quá trình sản xuất NLSH tiên tiến từ CO2 và sinh khối. Hiện nay khoảng 96% hydro được sản xuất từ các nguyên liệu khoáng, chỉ 4% được sản xuất từ nước thông qua quá trình điện phân. Kỳ vọng của các nhà khoa học và các công ty năng lượng là sẽ tăng tỷ lệ hydro được sản xuất bằng điện phân với giá thành chấp nhận được trong những trường hợp cụ thể. Các dự án sản xuất methanol và methane từ CO2 được nhắc đến ở trên đều lấy hydro từ thiết bị điện phân nước tại các nhà máy điện quy mô nhỏ sử dụng năng lượng tái tạo (năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời, năng lượng gió). Điện mặt trời đang trong xu thế rẻ dần. Đó là cơ sở để dự báo, trong tương lai không xa, quá trình hydro hóa CO2 để sản xuất NLSH tiên tiến sử dụng hydro được điện phân bằng điện mặt trời (PV), và có thể cả điện gió, cũng như các dạng năng lượng tái tạo khác, trở nên khả thi ở quy mô khác nhau. Sinh khối cũng đang được quan tâm như là nguồn nguyên liệu sản xuất hydro thông qua quá trình khí hóa. Tính cạnh tranh của giá thành hydro được sản xuất thông qua quá trình này phụ thuộc vào giá khí thiên nhiên (sử dụng trong khí hóa tạo hydro) trên thị trường.

Nguồn CO2 dồi dào nhất hiện nay là từ các nhà máy công nghiệp, trước hết là nhà máy nhiệt điện và nhà máy xi măng. Việc thu hồi các nguồn CO2 này không khó, đã có sẵn nhiều công nghệ (ví dụ, công nghệ của hãng Aker), vấn đề là tìm cách giảm giá thành. Thu hồi CO2 trong khí quyển với nồng độ trên 400 ppm cũng có tính khả thi về kỹ thuật. Chính khí quyển mới là nguồn cung cấp CO2 trong tương lai để khép kín chu trình carbon và tạo nên bầu khí quyển trung tính carbon.

CO2 cũng có mặt trong một số mỏ khí thiên nhiên, có những mỏ hàm lượng CO2 rất cao. Ở Việt Nam có một số mỏ như vậy. Đây là nguồn CO2 khả thi cho việc thu hồi và sử dụng để cung cấp cho các quá trình sản xuất NLTT.

NLTT (bao gồm NLSH tiên tiến) là một trong những giải pháp góp phần kìm hãm quá trình ấm lên toàn cầu do phát thải CO2 gây ra. Cho đến nay, sinh khối gần như là nguồn ng2uyên liệu duy nhất để sản xuất NLTT. Sự xuất hiện của ý tưởng “Nền kinh tế methanol” trong hơn một thập kỷ qua đã tạo ra xu thế thay đổi vai trò của CO trong chu trình carbon trên bề mặt trái đất.

Với sự t2iến bộ của khoa học và công nghệ hóa học, bên cạnh việc phát triển sản xuất NLSH tiên tiến từ sinh khối, CO đã bắt đầu được đối xử như cấu tử tái tạo nhiên liệu.2 Những thành tựu ban đầu của việc thu hồi CO2để tạo ra nhiên liệu đã chứng tỏ hướng đi này rất có triển vọng khả thi.