Cơ quan Năng lượng Quốc tế định nghĩa tinh chế sinh học là “xử lý bền vững sinh khối trong một loạt các sản phẩm và năng lượng có thể tiêu thụ được". Sinh khối là khối lượng khô của (các bộ phận) sinh vật. Tinh luyện sinh học hướng tới xử lý sinh khối hiệu quả nhất có thể để sử dụng tối đa các thành phần và bỏ đi tối thiếu. Trong trường hợp lý tưởng, việc sử dụng hoàn toàn sinh khối không cần thêm đất nông nghiệp. Cũng có thể trao đổi các dòng sinh khối còn dư giữa các chuỗi giá trị khác nhau để đạt được sử dụng tối ưu và tránh sự cạnh tranh giữa thức ăn, cỏ khô cho gia súc và nhiên liệu.

Nhiên liệu sinh học là một thuật ngữ chung dành cho nhiên liệu làm từ sinh khối. Nói chung là không thể thay thế xăng hoặc diesel bằng nhiên liệu sinh học nếu không điều chỉnh động cơ. Thế hệ nhiên liệu sinh học đầu tiên làm giảm 50% lượng khí thải CO₂. Thế hệ thứ hai hứa hẹn sẽ làm giảm tới 90%. Thế hệ thứ hai này còn đạt hiệu quả chi phí hơn, có nghĩa là năng suất trên mỗi hec-ta sinh khối sẽ cao hơn nhiều. Những đổi mới sáng tạo khác - còn được gọi là thế hệ thứ ba để phân biệt với thế hệ thứ hai - bao gồm sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo. Ở thế hệ nhiên liệu sinh học thứ tư, các vi sinh vật sẽ tự sản xuất nhiên liệu hoặc hóa chất.

Hầu hết các ứng dụng và nghiên cứu trong lĩnh vực này đều nhằm vào nhiên liệu sinh học. Nhiên liệu sinh học có thể góp phần giảm phát thải CO₂, muội và bụi siêu mịn trong giao thông. Nhiên liệu sinh học cũng góp phần giảm sự phụ thuộc vào các khu vực kém ổn định (về chính trị, kinh tế hoặc cả hai) vốn là những vùng cung cấp nhiều nguyên liệu thô cho nhiên liệu hóa thạch. Sử dụng nhiên liệu sinh học cũng có thể thúc đẩy nông nghiệp và công nghiệp chế biến và do đó tạo ra việc làm mới. Tiềm năng tiết kiệm chi phí trong mọi trường hợp đều rất phù hợp với ngành nông nghiệp. Nhiên liệu sinh học giống như nhiên liệu hóa thạch ở lợi thế là khối đặc, khiến nó rất phù hợp với vận tải siêu trọng (bằng xe tải, hàng không và đường biển) và vận tải đường dài. Tuy nhiên, có những tranh luận công khai về việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối ăn được, bởi nó gây áp lực lên an ninh lương thực. Thế hệ công nghệ thứ ba và thứ tư được kỳ vọng sẽ giải quyết vấn đề này. Ngoài ra, nhựa sinh học cũng là một lĩnh vực đang nổi lên: nhựa làm từ sinh khối thay vì vật liệu hóa thạch. Đổi mới sáng tạo này mang đến cơ hội cho các ứng dụng thương mại, bao gồm màng bọc, sơn, thuốc và phụ gia (dùng cho thực phẩm) có thể phân hủy sinh học Các thử nghiệm cũng đang được tiến hành để sử dụng sinh khối sản xuất các khối xây dựng trong lĩnh vực xây dựng.

Nhu cầu về sinh khối tăng lên có thể làm tăng năng suất của phân, gỗ và diện tích tự nhiên. Hà Lan đang phấn đấu để trở thành nhà cung cấp công nghệ biến nước thải và phân thành các sản phẩm có giá trị cao hơn. Sản xuất tảo cũng rất có tiềm năng, vì tảo có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu, để tinh chế nước thải và là nguồn thành phần của thực phẩm chức năng. Một hệ thống kinh tế trong đó sinh khối (và các nguồn năng lượng tái tạo như nước, gió và mặt trời) đã khiến cho việc sử dụng nguyên liệu hóa thạch trở nên không cần thiết thường được gọi là nền kinh tế dựa trên nền tảng sinh học. Trong một nền kinh tế như vậy, một sinh khối được sử dụng làm nguyên liệu cho thực phẩm bền, điện, nhiệt, vận chuyển, vật liệu và hóa chất. Các nguồn tài nguyên hóa thạch toàn cầu đang ngày càng trở nên khan hiếm, khiến cho nền kinh tế dựa vào sinh học càng trở nên phổ biến. Tuy nhiên, sự chuyển đổi từ dựa vào nhiên liệu hóa thạch sang dựa vào sinh học là một bước ngoặt rất lớn, làm nảy sinh câu hỏi liệu quá trình chuyển đổi này bao giờ sẽ xảy ra? Xét từ góc độ công nghệ thì sự chuyển đổi này có thể, nhưng câu hỏi là các ứng dụng sinh khối nào sẽ mang lại lợi nhuận cao nhất; và chính sách, pháp luật sẽ ứng phó với vấn đề này như thế nào. Cần lưu ý rằng hiện tại rất nhiều công nghệ xử lý sinh khối tiêu tốn năng lượng nhiều hơn cả lượng năng lượng chúng sản xuất được, đã khiến cho nhiều người hoài nghi về tiềm năng của các công nghệ này.

P.A.T (NASATI)