事实上，生物能源的潜在应用是有限的，因为即使最高效的粮食作物—谷物也仅能将0.5%太阳能转换为可用能。相比之下，太阳能发电或是太阳能热电厂能将15%太阳能转换为可利用形式，即电能。在土地稀缺地区，能源作物无法与太阳能发电相比，更无法与陆地风力发电相比。
锯木厂和造纸厂的林业废料一直被用来发电。比如美国一些公司燃烧林业废料既为自身生产过程提供热能，又可以发电出售给当地的公共工程。美国发电量中有1.1万兆瓦主要来自燃烧森林废料。
木材废料也被广泛用于城区热能的生产，热能主要用于区域集中供热系统。在瑞典，近一半的居民区和商业区配有区域集中供热系统。早在1980年，其供热系统90%以上的热能由进口的石油生产，但到2007年进口石油在很大程度上已被废木料和城市垃圾回收物所取代。
美国明尼苏达州拥有27.5万人口，早在20年前就已开始发展区域集中供热。它建立了一座热电联供厂，收集使用城市公园木屑、工业废木等，该厂每年使用超过25万吨的废木，现在能为80%的城区供热。木材废料代替煤等燃料，不仅每年能减少7.6万吨的碳排量，而且为热电提供了可持续的来源。
近年，制糖业开始逐步燃烧秸秆产生热能。在巴西，以甘蔗为原料的酿酒厂意识到燃烧甘蔗渣，即糖浆提取后剩余的纤维材料，能够同时产热并用于发酵过程，还可以发电出售给当地，因此这个体系得以较快的发展，并且逐步推广到其他国家。
城市垃圾回收物也可以燃烧产生热能和电能。在欧洲，废物能源厂能为2千万用户提供热能。法国拥有128家废物能源工厂，德国拥有67家，在欧洲都处于领先地位。美国约89家废料能源厂能燃烧2千万吨废料，为6百万用户提供电能。然而更为理想的是启用无废物经济，使能源能够循环回收利用。
即使进入零废物时代，垃圾填埋中有机质分解产生的天然气甲烷也能加以利用，生产工业热能和电能。普捷湾能源公司（Puget Sound Energy）的35兆瓦天然气发电厂将联合美国100多家沼气发电厂一起运行。
亚利桑那州附近世界最大的地毯制造业，耗资300万美元购买市政垃圾填埋厂的天然气，并修建9英里的管道接口制造厂。管路中的天然气较世界市场价格低30%，能够满足制造厂20%的需求。垃圾填埋厂预计能提供40年天然气，并在原有投资基础上为城市赚取3500万美元。
粮食作物同样可以用于生产燃料。2009年全世界生产190亿加仑酒精燃料、40亿加仑生物柴油。其中，近一半酒精燃料产自美国，三分之一产自巴西，其余的来自于十几个其他国家，如中国、加拿大和法国。德国和法国提供了世界30%的生物柴油，其他主要的产油国有美国、阿根廷、巴西、西班牙和意大利等。
一旦被广泛认可为石油替代品，生物燃料就需经过严格的审查，其可行性将遭到质疑。美国2005年乙醇产量迅速增长并超过巴西，2007、2008年产量翻番，推动世界粮食价格持续上涨。欧洲生物柴油精炼正转向来自马来西亚和印尼的棕榈油，因大量种植棕榈导致了热带雨林的破坏。
由于世界耕地能力有限，每一英亩谷物种植用于生产酒精燃料就意味着一英亩粮食作物种植面积的减少。2008年初，普林斯顿大学在《科学》上发表的研究结果表明，美国生物燃料生产的扩大，每年的温室气体排放量显著增加。
《科学》杂志刊登的另一篇明尼苏达州大学的研究也得出相似结论。通过研究热带森林砍伐和碳排放，发现热带雨林及草地转换为种植谷物、豆类及棕榈油，以用于生物燃料的生产，导致碳排放量增加。
诺贝尔化学奖得主、德国马普学会化学研究所Paul Crutzen研究小组发现，用于谷类作物生长的氮肥料能够释放出一种更强的温室气体--一氧化二氮，该气体的排放使生物燃料替代化石燃料产生的CO2减排毫无意义，从而导致生物燃料对全球气候的稳定构成威胁。虽然美国酒精业否认这些研究结果，但国际科学理事会2009年的报告证实了这一结论。
随着对液体生物燃料的深入研究，人类的关注力逐步减弱。使用中的乙醇燃料生产几乎完全依赖糖和淀粉原料，但目前已经开始研究更有效的技术使纤维材料转换成乙醇。一些研究表明，柳枝和杂交杨木生产乙醇产量相对较高，但在纤维质转化成乙醇方面，目前还没有较低成本的技术。
《科学》杂志发表的另一篇报道指出，直接燃烧纤维质谷物产生的电能用于电动机车，比转化成液体燃料之后支持的行驶里程高81%。问题在于生物燃料能为世界能源供给贡献多少？据美国能源农业部门的研究估计，利用木材废料、多年生植物、乔木等发电，到2020年美国发电量将超过400亿瓦特。估计全球至2020年，生物燃料总量能够翻两番，产电量达2000亿瓦特，将在未来新的能源经济中发挥重要作用。（摘自：http://www.earthpolicy.org/index.php?/book_bytes/2010/pb4ch05_ss5）
中国水利水电科学研究院