In der zweiten Generation der Biokraftstofferzeugung wird fast die vollständige Pflanze, einschließlich der schwer zugänglichen Zellulose verarbeitet. Auf der Grundlage organischer Abfälle, wie Stroh, Holzreste, Abfallprodukte aus der Agrarwirtschaft, Altholz, Sägerestholz und minderwertiges Waldholz werden z. B. mithilfe von Bakterien Biokraftstoffe hergestellt, die eine positive CO2-Bilanz aufweisen. Auch schnell wachsende Pflanzen und Holzsorten, die auf bisher stillgelegten Feldern angebaut werden können, dienen der Herstellung von Kraftstoffen der zweiten Generation.
Die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR) geht davon aus, dass Deutschland bis 2020 mit Biokraftstoffen dieser Art 25 Prozent des Kraftstoffbedarfs aus heimischen Quellen decken kann ohne dabei in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion zu treten.