Im Unterschied zu Bioethanol der 1. Generation wird Zellulose-Ethanol nicht aus Zucker und Stärke, sondern aus holzartiger Biomasse gewonnen.

Der Treibstoffertrag pro ha Landfläche ist weit höher als bei herkömmlichem Bioethanol, da die ganze Pflanze zur Treibstoffherstellung verwendet werden kann. Zudem können kostengünstige pflanzliche Reststoffe wie Stroh, Holzreste oder Rutenhirse (Switchgrass) und Chinaschilf genutzt werden. Diese Pflanzen wachsen auch auf weniger fruchtbaren Böden und bedürfen einer vergleichsweise extensiven Bewirtschaftung. 

Die Herstellung von Zellulose-Ethanol-Prozessen steckt noch in der Entwicklung. In den USA wird zurzeit in grossem Umfang in Forschung und Entwicklung von Zellulose-Ethanol investiert.

Um aus holzartiger Biomasse Bioethanol herstellen zu können, müssen zunächst die Zellulose und die Hemicellulosen in die einzelnen Zucker gespalten werden. Das geschieht mit Säuren und speziellen Enzymen. Danach wird die entstandene Glucose analog der Herstellung von Bioethanol aus Stärke oder Zucker mit Hefepilzen zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid fermentiert.