Los combustibles fósiles son recursos naturales que se crean por la descomposición a largo plazo de organismos muertos y se queman para producir energía. Este tipo de combustible se caracteriza típicamente por un alto contenido de carbono e hidrocarburos. El carbón, el petróleo y el gas natural representan la mayoría de los combustibles fósiles que se utilizan a nivel mundial. La quema de combustibles fósiles libera un subproducto de dióxido de carbono en el aire, conocido como gases de efecto invernadero, que se sospecha que causan el aumento de la temperatura de la superficie de la Tierra. Los combustibles fósiles son una materia prima cada vez más demandada; por ejemplo, más del 85% de la energía utilizada por Estados Unidos proviene de la quema de combustibles fósiles. Los combustibles fósiles alternativos también son formas de combustible a base de carbono, pero se obtienen de diferentes recursos, como las arenas petrolíferas y la conversión del carbón en líquido. Los combustibles alternativos tienen la misma capacidad de producir energía a través de la quema, pero pueden estar disponibles más fácilmente.
Los combustibles fósiles alternativos más comunes pueden ser las arenas petrolíferas, también conocidas como petróleo pesado, y conversión de carbón en líquidos. Las arenas petrolíferas o de petróleo pesado son una mezcla de arena, arcilla y petróleo. Se somete a un proceso de calentamiento, elevando la temperatura interna lo suficiente como para separar los diferentes componentes de la mezcla. Luego, la refinería extrae el petróleo, comúnmente conocido en la industria como crudo ligero. El carbón a líquidos es un proceso de licuefacción que transforma el carbón en un producto similar en uso al petróleo crudo ligero. Sudáfrica alberga una de las industrias de refinación de carbón a líquido más grandes del mundo y puede abastecer hasta el 30% de sus necesidades de gasolina utilizando este combustible fósil alternativo. La conversión de carbón en líquidos tiene el beneficio adicional de no producir tanto dióxido de carbono como el aceite tradicional.
Uno de los beneficios de los combustibles fósiles alternativos puede ser la reducción de los costos de combustible. Una desventaja de los combustibles fósiles es que los recursos son limitados y requieren muchos miles de años para regenerarse. Los costos mundiales de la energía continúan aumentando mientras que el suministro existente de combustibles fósiles disminuye constantemente. Los combustibles fósiles alternativos pueden ofrecer nuevas fuentes para tipos similares de energía y están disponibles en muchos países que pueden no tener fuentes internas de petróleo crudo ligero o carbón. Además, los países con altos depósitos de carbón podrían transformar sus recursos naturales en un combustible fósil alternativo de carbón a líquido, lo que puede reducir los costos de importación y uso de la energía. De manera similar, los países que no tienen acceso a crudo ligero pero que tienen grandes campos de crudo pesado podrían invertir en tecnología de refinación y transformar ese crudo pesado en crudo ligero utilizable.
El impacto que estos combustibles tienen en el medio ambiente y los altos costos de inversión iniciales requeridos pueden representar las mayores desventajas de cambiar de combustibles fósiles convencionales a alternativos. El petróleo pesado y el carbón a líquido liberan entre un 20% y un 50% más de dióxido de carbono al aire durante la producción que el petróleo y el carbón convencionales durante el uso real. La extracción y refinación de petróleo pesado también puede representar una amenaza de contaminación para los suministros de agua locales y también puede tener el potencial de una alteración masiva de los hábitats existentes. Por lo general, también requiere una inversión financiera importante para establecer el equipo para extraer y refinar petróleo pesado de campos naturales para que sea utilizable por maquinaria impulsada por petróleo y gasolina. A diferencia del petróleo crudo ligero, el petróleo pesado no se eleva del suelo en una forma que los fabricantes puedan utilizar inmediatamente.