Für die nahe Zukunft haben sich sowohl Bundes- als auch Landesregierung zu einem weiteren deutlichen Ausbau der Bioenergie verpflichtet, der jedoch nicht zulasten der Nahrungsmittelerzeugung oder des ökologischen Gleichgewichts gehen soll. Dies macht die Entwicklung neuer Technologien und Verfahren notwendig, die vor allem durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Physikingenieuren, Verfahrenstechnikern und Biotechnologen gelingen kann.   

Prinzipiell werden unter dem Begriff Biomasse sämtliche Stoffe organischer Herkunft zusammengefasst – von Energiepflanzen über Reststoffe aus Land- und Forstwirtschaft bis hin zu tierischen Exkrementen und Schlachthofabfällen. Mit mehr oder weniger aufwendigen Verfahren lassen sich hieraus feste, flüssige oder gasförmige Energieträger herstellen, die dann wiederum in Wärme, Strom oder Kraftstoffe umgewandelt werden können. In der nachhaltigen Produktion und der effizienten Konversion von Biomasse liegt ein großes Potenzial für biotechnologische Innovationen, wie folgende Beispiele zeigen.

Algen sind Photosynthese betreibende Organismen, die wie Pflanzen Kohlendioxid binden und in Biomasse umwandeln. Sie benötigen jedoch kein Ackerland, so dass ihre Kultivierung nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelerzeugung steht. Da sie darüber hinaus eine außerordentlich hohe Biomasseproduktivität aufweisen, könnten Algen in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung leisten. Hierbei lassen sich Algen je nach genetischer Ausstattung und Wachstumsbedingung zur Produktion von Biosprit oder Biowasserstoff einsetzen. Des Weiteren lässt sich nicht genutzte Algenbiomasse in einer Biogasanlage vergären.
Bis zur großtechnischen Anwendung müssen noch einige Hürden überwunden werden. Viel versprechende Lösungsansätze liegen vor allem in den Bereichen der biotechnischen Stammoptimierung sowie in bioverfahrenstechnischen Aspekten der Kultivierung.

Unter synthetischer Biologie versteht man die Erschaffung biologischer Systeme, die in der Natur so nicht vorkommen. Ein aktuelles Arbeitsgebiet dieser Disziplin ist die Erzeugung gentechnisch veränderter Bakterien, die Abfallstoffe in Wertstoffe umwandeln. Beispielsweise sind bestimmte Vertreter der Gattung Clostridium in der Lage, unter anaeroben Bedingungen aus Kohlendioxid und Wasserstoff energiereiche Verbindungen zu synthetisieren. Wissenschaftler aus Baden-Württemberg optimieren diese Organismen nun – unter anderem durch das Einbringen neuer Stoffwechselwege zur intrazellulären Biospritsynthese – und bauen so an einer mikrobiellen Produktionsplattform, die langfristig der Atmosphäre Kohlendioxid entziehen und in Biosprit und Feinchemikalien umwandeln soll.

Weitere zukunftsweisende Themen betreffen etwa die mikrobielle Brennstoffzelle, komplette Metagenomanalysen von Biogas produzierenden Mikroben-Gemeinschaften oder die mikrobiologische Synthesegas-Fermentation zur Kraftstoffgewinnung.