Diante do aumento populacional, avanços tecnológicos e processos cada vez mais automatizados, a necessidade crescente por geração de energia se torna um elemento crucial para o desenvolvimento econômico, social e cultural dos países. Tendo em vista as crises ambientais constatadas nas últimas décadas, o mundo passa por grandes mudanças em suas fontes de matéria-prima e modos de produção, buscando caminhos onde possa ser garantida a segurança energética em consonância com a sustentabilidade ambiental. Esse processo de transição energética em escala global requer muitos recursos investidos na criação e adaptação de tecnologias complexas e cheias de incertezas quanto à sua eficácia e eficiência. Nesse sentido, os estudos de prospecção tecnológica são imprescindíveis para tomadas de decisão mais assertivas em estratégias capazes de tornar as energias renováveis viáveis do ponto de vista operacional e econômico. Esta Tese analisou os principais desafios e perspectivas das tecnologias de bioenergia no Brasil e no mundo, visando (1) analisar paradigmas, padrões e tendências nos processos de inovação em bioenergia, sobretudo no etanol de segunda geração; (2) realizar análise comparativa do Brasil com o cenário mundial na utilização de biomassas para geração de energia; e (3) propor, aplicar e avaliar metodologias específicas para analisar tecnologias de produção de energia a partir de biomassas. Foram utilizadas metodologias de prospecção como bibliometria e patenteometria que, através da utilização de modernos programas de computador, foram capazes de levantar e analisar grandes quantidades de dados científicos, tecnológicos e mercadológicos. Os resultados foram apresentados através de oito pesquisas científicas, cujo padrão lógico-sistêmico resultou em uma Matriz de Inovação em Bioenergia, correlacionando os micro e macro ambientes com a indústria e atores envolvidos nesse ecossistema