Zukünftig müssen Biokraftstoffe zu deutlich niedrigeren Kosten, einer verbesserten Umweltbilanz und ohne Konkurrenz zu Nahrungsmitteln hergestellt werden. Die Herstellprozesse werden deshalb mit einer breiten Auswahl von Rohstoffen funktionieren müssen. Ein Weg ist hierfür die Anpassung des Produktionsprozesses, beispielsweise der Herstellung von Ethanol aus Holz anstatt aus Zucker oder Stärke. Sogenannte Biokraftstoffe der dritten Generation haben daher das Ziel, die verfügbaren Ausgangsrohstoffe zu erweitern und dabei die Flächenkonkurrenz aufzuheben [WeSc17, S.612]. Die Herstellungsverfahren der Biokraftstoffe der dritten Generation befinden sich noch in der Erforschung. Ein Beispiel ist die Erzeugung von Biodiesel aus Algen. Diese benötigen nicht zwingend Süßwasser, keine landwirtschaftlich nutzbare Fläche und sind auch nicht an eine feste Erntezeit gebunden [WeSc17, S.612]. Es wird davon ausgegangen, dass eine großflächige Markteinführung von Biodiesel aus Algen vor 2030 nicht zu erwarten ist. [SeEh18, S. 30]

Darüber hinaus gibt es in der Natur vorkommende Mikroorganismen, welche Wasserstoff produzieren. Dafür verwenden sie bestimmte Enzyme, welche als Hydrogenasen bezeichnet werden und den Wasserstoff katalytisch herstellen. Geforscht wird hierzu unter anderem an der Universität Jena. [Körn21]

Weiterhin können auch genetisch modifizierte Energiepflanzen den späteren Biokraftstoffertrag pro Hektar erhöhen. Zudem wird an genmodifizierten Hefen geforscht, welche bisher ungenutzte pflanzliche Abfälle aus der Ethanolproduktion verwerten können und somit den Ertrag der Energiepflanzen erhöhen [Zsch21].