Combustibilii fosili sunt resurse naturale care sunt create de degradarea pe termen lung a organismelor moarte și sunt arse pentru a produce energie. Acest tip de combustibil este caracterizat de obicei printr-un conținut ridicat de carbon și hidrocarburi. Cărbunele, petrolul și gazele naturale reprezintă majoritatea combustibililor fosili utilizați la nivel global. Arderea combustibililor fosili eliberează în aer un produs secundar al dioxidului de carbon, cunoscut sub numele de gaze cu efect de seră, care sunt suspectate că provoacă creșterea temperaturii de suprafață pe Pământ. Combustibilii fosili sunt o marfă în scădere la cerere mare; de exemplu, mai mult de 85% din energia folosită de Statele Unite provine din arderea combustibililor fosili. Combustibilii fosili alternativi sunt, de asemenea, forme de combustibil pe bază de carbon, dar sunt obținuți din diferite resurse, cum ar fi nisipurile petroliere și transformarea cărbunelui în lichid. Combustibilii alternativi au aceeași capacitate de a produce energie prin ardere, dar pot fi mai ușor disponibili.
Cei mai obișnuiți combustibili fosili alternativi pot fi nisipurile petroliere, cunoscute și sub numele de petrol greu, și cărbunele în lichide. Petrolul greu sau nisipurile petroliere sunt un amestec de nisip, argilă și ulei. Acesta suferă un proces de încălzire, ridicând temperatura internă suficient de mare pentru a separa diferitele componente ale amestecului. Rafinăria extrage apoi petrolul, cunoscut în mod obișnuit în industrie ca țiței ușor. Cărbune-la-lichide este un proces de lichefiere care transformă cărbunele într-un produs similar în utilizare cu țițeiul ușor. Africa de Sud găzduiește una dintre cele mai mari industrii de rafinare a cărbunelui în lichid din lume și poate alimenta până la 30% din necesarul de benzină folosind acest combustibil fosil alternativ. Cărbunele în lichide au avantajul suplimentar de a nu produce la fel de mult dioxid de carbon ca uleiul tradițional.
Unul dintre beneficiile combustibililor fosili alternativi poate fi reducerea costurilor combustibilului. Un dezavantaj al combustibililor fosili este că resursele sunt limitate și necesită multe mii de ani pentru a se regenera. Costurile globale ale energiei continuă să crească, în timp ce oferta existentă de combustibili fosili scade constant. Combustibilii fosili alternativi pot oferi noi surse pentru tipuri similare de energie și sunt disponibili în multe țări care ar putea să nu aibă surse interne de țiței ușor sau cărbune. În plus, țările cu zăcăminte mari de cărbune și-ar putea transforma resursele naturale într-un combustibil fosil alternativ de cărbune la lichid, care poate reduce costurile de import și utilizare a energiei. În mod similar, țările care nu au acces la țiței ușor, dar au zăcăminte mari de țiței greu ar putea investi în tehnologia de rafinare și ar putea transforma petrolul greu în țiței ușor utilizabil.
Impactul pe care acești combustibili îl au asupra mediului și costurile mari de investiții inițiale necesare pot reprezenta cele mai mari dezavantaje pentru trecerea de la combustibilii fosili convenționali la cei alternativi. Uleiul greu și cărbune-la-lichid eliberează între 20% și 50% mai mult dioxid de carbon în aer în timpul producției decât petrolul și cărbunele convențional în timpul utilizării efective. Extragerea și rafinarea petrolului greu poate reprezenta, de asemenea, o amenințare de contaminare pentru sursele locale de apă și poate avea, de asemenea, potențialul de perturbare masivă a habitatelor existente. De asemenea, necesită, de obicei, o investiție financiară majoră pentru a stabili echipamentele pentru extragerea și rafinarea petrolului greu din câmpurile naturale pentru a-l face utilizabil de către mașinile alimentate cu petrol și benzină. Spre deosebire de țițeiul ușor, țițeiul greu nu se ridică din sol într-o formă imediat utilizată de producători.