美国政府要求在2030年，有30%的交通运输燃料由生物燃料替代，要达到定目标，就需要在未来的五至15年里，有重要的政策支持和技术进步。在本报告中将技术研发分成了三个阶段。
1. 研究阶段（五年内）
通过对生物原料预处理精炼以及将作物残渣、第一代能源作物和其它原料转化成液态燃料，优化纤维素的加工过程将会是近期的焦点。通过减少花费、提高原料拆分、改善酶活性和稳定性以及开发发酵工艺实现有效利用纤维素分解产生的糖。其中一个目标是要开发出世界首创技术，减少工业风险。
原料利用和优化
具有各种物理和化学性能的各种植物材料（例如:玉米杆和木头）都可以作为原料在生物精炼厂中转化成乙醇。这类原料大约可以满足美国1/4至1/3的原料需求，所以还需要开发有更高产量的新的能源作物。通过利用生物和化学方法详细了解植物细胞壁，以及这些细胞壁在植物功能中所扮演的角色，了解糖发酵过程中控制优化及抵制的因素将是开发这类能源作物的前提。
植物工程学的最终目标是利用合理的设计保留植物的关键功能，以最大化其产量和实现最好的农业经济。植物细胞壁的复杂结构使其在植物的生长中表现出众多的关键功能，但只有其中一部分功能现在为人所知。基因组技术将会识别出在细胞壁聚合体合成中起作用的基因，涉及到酶参与的反应，细胞壁的设计原理，控制聚合体数量、成分和结构的因素，以及聚合体母体。
细胞壁聚合体组织和交互作用是拆分酶的重要障碍，所以必须在预处理阶段对酶进行拆分，使糖充分释放。
拆分
了解植物细胞壁抵制加工的原因和拆分酶与细胞壁母体的交互作用是实现完整的生物炼制计划的关键。
目前对生物原料进行预处理的工艺技术是通过热化学处理，该方法会降低生物原料质量，并且浪费能源。这类高耗能烈性处理方法必须由一些更加温性的工艺代替，包括改进已有的水热和机械方法，以及纤维素制造法。
同时要结合经济的酶加工方法，以开发综合性生物精炼厂的潜力。基因组学及其相关应用的新工具如蛋白质组学、代谢组学和成像技术等将帮助研究者挖掘新基因组数据库，了解微生物如何攻击生物质的，因此研究酶的交互、其活动的机制和基本限度是必须的。需要确定低活性是否表示某些酶水解速率的基本限度，还有是否能通过实验或建模得到合理设计以提高速率。木质素和半纤维素酶的新类别将得到确认，它们的活动机制将被了解，它们的性能将得到改善，释放酶糖化过程中的纤维素微纤丝的酶预处理方法也将得到引入。
改进的方法将更便宜地制造纤维素纤维丝糖化过程中的纤维素酶，其活性更高，生命周期更长。为了了解基本设计原则和得到加强性能的合理重设计，将通过生物圈中的多种基因和蛋白质来评估纤维素分解酶的机械原理。微生物纤维质体是一种特殊的能够有效溶解原始和经预处理过的素纤维素的分子机器。将对纤维素酶和纤维质体功能表的多样性建模和优化，以得到特定的生物质基质。纤维质包括所有植物细胞壁多糖降解酶。
发酵和还原
采用微生物发酵是将生物质的糖转换为液体燃料最常用的方法。开发商业上可用的将纤维素转化为乙醇的生物工艺需要一种有机体，其生物质糖化的速度和高浓度酒精等于或超过目前基于酵母的葡萄糖发酵法的速度和酒精浓度。这些功能，和工艺容错特性一起，融合了多种未被完全溶解的基因和通道。目前在同一生物体内同时引入和控制多基因变化的能力有限。新种类的发酵生物体和酶能够在生物质分解中产生C-5 和C-6糖，先进生物加工需要加入它们。通过对新微生物基因和社区“元基因”组测序有可能开发微生物世界中广泛的未被使用的生物化学潜能。第一代生物体正被测试并取得提高，研究重点将朝着消除转化过程中的整个步骤发展。例如，在高温下测验嗜热微生物发酵生物质糖的能力，开发最优化的同步糖化发酵技术，提高工艺的整体效率。先进生物诊断法的代谢工程技术将被用于开发具有高耐受性的菌株，可以抵抗压力、抑制剂和高浓度酒精。基因组学、蛋白质组学、代谢组学和成像技术，结合建模和仿真法便可以说明微生物代谢的规则和控制机理，还可以提供细胞设计的前瞻性知识，为综合生物工艺的系统工程提供支持。
2.技术开发阶段（十年内）
对于能源安全，新一代能源专用作物是必不可少的，其成分和结构更利于糖的发酵、高产、质纯。新解构酶将加强热化学工艺来更有效地分解多种生物质原料。传统的纸浆工艺和木材加工工艺最终将产生高效能和对环境良好的工艺。中期技术将合并工艺步骤，比如，经工程加工后生物体将能够发酵混合糖、抵抗毒性物质、产生有效的降解酶。对于了解这些生物能源系统和预测并修改系统的功能，系统生物学、新一代合成分析有机化学是相当关键的。
原料
将建立一个系统来了解用于制造生物质的植物，它们在下游工艺中将被转化为糖，并最终转化为乙醇。新的能源植物将被引入，其更高的含糖量和优化过的细胞壁结构更利于加工。植物降解和可持续性农业生态系统的多年生植物将达到成熟状态，它们能提高产量，并抗旱抗盐。多种植物将被用来建立地区或全球农业生态。
降解
本阶段将采用经改进的预处理过程、提高了反应速度和加强了酶特性的糖化酶，扩大应用领域和降低抑制剂产量。随着对细胞壁顽抗性和酶活动了解的增加，将得到新能源植物的设计规范。先进的生物学和化学工具将可用于诊断和操纵酶的交互作用。经改进的具有符合要求的特性的生物催化剂将被合计设计，用于特定的原料，也可用于纤维素体之类的分子机器。
发酵和还原
工业加工有机体的新菌株将有利于能量产品效率更高的生物工艺，这些菌株具有一些新颖的性质，如C-5和C-6糖的协同发酵能力，对抑制剂、酒精末端产品和高温的忍耐能力。系统生物学方面的研究将为关键发酵微生物中的细胞代谢机制和控制原理提供前瞻性知识。这些知识将作为合理开发具有预处理、水解和发酵性能的新菌株的基础。高产出的生物和化学工具将被实现，包括在实验室和生产环境中使用的快速分析和操控技术的计算机建模。
3.系统综合阶段（十五年内）
生物能源系统包含一个设计者能源作物的同时工程集，以达到特定的农业生态系统、降解和糖化酶、优良的发酵。作为植物和微生物的多工艺，这些方法将加速和简化乙醇燃料的端到端生产，使得地区性的生物精炼厂得以运作。
综合与整合
针对特定地区的天气和土壤特性全面合并生物能源系统，增强这些可持续性生物能源经济。这些系统吞食原料，进行生物质体降解和生物加工工程，研究和开发发酵技术，达到只有两个步骤的最佳工艺。第一步基于整合过的原料特性，第二步基于整合过的微生物特性。面向地区和整合过程的系统将得到植物和农业生态系统的工具的支持。同伴整合生物工艺工程将和农业生态系统捆绑在一起；利用特制的酶混合物，经加工过的微生物代谢系统将能承受压力，并使整个系统的控制变为可能。在室内和野外都可获得的工具将实现综合生物精炼厂各关键方面的快速诊断和操控。