O biodiesel é comumente produzido por meio de uma reação química denominada transesterificação. No caso específico para a reação abaixo, os triacilglicerois de origem animal, reagem com o metanol, na presença de um catalisador, produzindo glicerol (subproduto) e o éster metílico de ácido graxo (biodiesel, conhecido pelo acrônico em inglês FAME - fatty acid methyl ester). A reação de transesterificação pode ser catalisada por ácido ou base.
Quimicamente, o biodiesel transesterificado compreende uma mistura de ésteres mono-alquila de ácidos graxos de cadeia longa. A forma mais comum utiliza metanol (convertido para metóxido de sódio) para produzir biodiesel de ésteres metila (vulgarmente designado por éster metila de ácido graxo, em inglês Fatty Acid Methyl Ester - FAME), como é o álcool mais barato disponível, embora etanol possa ser usado para produzir ésteres etílicos (comumente referido como éster etila de ácido graxo, Fatty Acid Ethyl Ester - FAEE), e álcoois superiores, como isopropanol e butanol também tenham sido utilizados. Usar álcoois de alto peso molecular melhora as propriedades fluidas a frio do éster resultante, à custa de uma reação de transesterificação menos eficiente. Um processo de produção por transesterificação lipídica é usado para converter o óleo básico para os ésteres desejados. Quaisquer ácidos graxos livres (em inglês free fatty acids FFAs) no óleo básico ou são convertidos em sabão e retirados do processo, ou eles são esterificados (rendendo mais biodiesel), utilizando um catalisador ácido. Após essa transformação, ao contrário de óleo vegetal diretamente usado como combustível,o biodiesel tem propriedades de combustão muito semelhantes às do óleo diesel de petróleo, podendo substituí-lo nos usos mais correntes.
Após a reação de transesterificação, os ésteres resultantes devem ser separados da glicerol, dos reagentes em excesso e do catalisador da reação. Isto pode ser feito em 2 passos.
Primeiro, separa-se a glicerol via decantação ou centrifugação. Seguidamente eliminam-se os sabões, restos de catalisador e de metanol/etanol por um processo de lavagem com água e borbulhação ou utilização de silicato de magnésio, requerendo este último uma filtragem, ou por destilação, que dispensa o uso de produtos químicos para promover a purificação.
Um subproduto do processo de transesterificação é a produção de glicerol (glicerina). Para cada 1 tonelada de biodiesel que é fabricado, 100 kg de glicerol são produzidos. Originalmente, havia um mercado valioso para a glicerol, que ajudou a economia do processo como um todo. No entanto, com o aumento da produção global de biodiesel, o preço de mercado para o glicerol bruto (contendo 20% de água e de resíduos de catalisador), caiu. Pesquisas estão sendo conduzida em nível global para usar esse glicerol como um componente químico. Uma iniciativa no Reino Unido é o The Glycerol Challenge ("o desafio do glicerol").[70]
Normalmente, este glicerol bruto tem sido purificado, tipicamente através de destilação a vácuo. Isto é bastante intensivo energeticamente. O glicerol refinado (acima de 98% de pureza) pode então ser utilizado diretamente, ou convertido em outros produtos. Os seguintes anúncios foram feitos em 2007: uma joint venture da Ashland Inc. e Cargill anunciou planos para fazer propilenoglicol na Europa a partir de glicerol[71] e a Dow Chemical anunciou planos semelhantes para a América do Norte.[72] A Dow também planeja construir uma fábrica na China pera produzir epicloridrina de glicerol.[73] Epicloridrina é uma matéria-prima para resinas epóxi.
Em 2007, a capacidade de produção de biodiesel cresceu rapidamente, com uma taxa de crescimento média anual no período 2002-06 de mais de 40%.[74] Para o ano de 2006, o último em que os números reais de produção podem ser obtidos, a produção de biodiesel total mundial foi de cerca de 5-6 milhões de toneladas, com 4,9 milhões de toneladas processados na Europa (dos quais 2,7 milhões de toneladas foi da Alemanha) e a maioria do resto da E.U.A.. Em julho de 2009, o dever foi adicionado ao biodiesel importado americano na União Europeia, a fim de equilibrar a concorrência de países europeus, especialmente os alemães.[75][76] Em 2007, a produção só na Europa subiu para 5,7 milhões de toneladas.[77] A capacidade para 2008 na Europa somou 16 milhões de toneladas. Isto é comparável com uma demanda total de diesel na Europa e os E.U. de cerca de 490 milhões de toneladas (147 mil milhões de galões).[78] A produção mundial de óleo vegetal para todos os efeitos, em 2005/06 foi de cerca de 110 milhões de toneladas, com cerca de 34 milhões de toneladas tando de óleo de palma como de óleo de soja.[79]
Cana-de-açúcar: a levedura geneticamente modificada, Saccharomyces cerevisiae converte o caldo da cana em biodiesel.[80] O processo não gera um éster e sim farneceno, um hidrocarboneto vegetal [81] que também é encontrado, na forma fóssil, no diesel derivado do petróleo.[82]
Óleo como matéria-prima virgem; óleo de soja e colza são os mais comumente usados, o óleo de soja sozinho é responsável por cerca de noventa por cento de todos os estoques de combustível os E.U.A. Também pode ser obtido a partir de carraspique ou agrião-do-campo e jatropha e outras culturas tais como mostarda, linho, girassol,[83] óleo de palma, coco, cânhamo[84][85][86] (Ver Lista de óleos vegetais para mais informações);