El acelerado desarrollo en los últimos años de la industria del bioetanol en Colombia y América Latina ha generado como consecuencia un posterior debate sobre sus impactos ambientales, energéticos y el uso de cultivos de uso alimenticio para su producción. Debido a esto, los esfuerzos en el desarrollo de biocombustibles se han enfocado en la búsqueda de nuevas materias primas y el análisis de las tecnologías de producción desde el punto de vista energético y ambiental, que permitan alcanzar el desarrollo sostenible de esta industria. El uso de residuos lignocelulósicos para la producción de biocombustibles, representa una mejor alternativa que los cultivos energéticos tradicionales, ya que no es usado como alimento y en muchos casos representan un problema asociado a su disposición. Así, para asegurar el desarrollo sostenible de los biocombustibles de segunda generación, es necesario confirmar que el consumo energético del proceso global sea menor que la energía obtenida por el uso del biocombustible producido. De esta manera, el análisis exergético representa una gran herramienta que permite evaluar la eficiencia global del proceso, al tiempo que se determinan las etapas que requieren mejoras. En este trabajo, el bagazo de caña ha sido utilizado como materia prima para la producción de biocombustibles de segunda generación. El análisis exergético ha sido usado como herramienta para evaluar la eficiencia y sostenibilidad del proceso de producción de segunda generación. Como caso de estudio, se han evaluado dos esquemas de producción usando como base la utilización de 1200 toneladas diarias de bagazo de caña los cuales fueron simulados usando ASPEN-HYSYS® y software desarrollado por los autores. Con base en los resultados obtenidos han sido identificadas las etapas que requieren mejoras tecnológicas y ha sido analizada la sostenibilidad de las tecnologías analizadas en la industria colombiana.