對於煉油廠來說，脫硫是一項棘手的難題。美國和歐洲正在收緊汽油含硫量的限制，與此同時，從地下開採出來的原油正變得越來越“酸”，或者說含硫量越來越高。丹佛烴類勘探開發公司的首席顧問托馬斯·韋爾伯恩表示，脫硫技術“幾乎已經被榨乾了”。“我們需要新的、創新的技術。” 一些採用非常規方法的年輕公司可能很快就會響應這一號召。
煉油廠根據沸點（與密度有關）分離原油。最理想的是較輕（密度較小）的餾分，包括汽油和柴油。較重的餾分含有更多的硫，過多的硫會使石油變得無用。幾十年前，煉油廠採用了一種稱為加氫脫硫 (HDS) 的工藝，從油分子中去除硫原子。含硫餾分與氫氣和鈷鉬催化劑混合，生成硫化氫。為該過程提供氫氣成本很高，而且隨著石油變得更酸，需要更高的壓力和更穩定的催化劑來斷開硫鍵。含硫量更高的石油也往往更重，這需要進一步精煉，並會帶來氮和重金屬，這些物質會汙染催化劑。
近年來提出的替代技術包括食硫細菌和硫氧化試劑，一些專家也看到了改進催化劑設計的空間。這些方法傾向於對蒸餾餾分進行操作，但原油本身的預處理可能是一個有吸引力的選擇。“上游的選擇性越好，下游對能源和資本密集型分離處理的需求就越少，”美國能源部技術轉移經理查爾斯·魯索曼諾說。
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一種預處理選擇可能是超聲波。當用超聲波衝擊時，液體會經歷一個稱為聲空化的過程，其中氣泡形成並猛烈內爆。SulphCo 正在基於這種效應開發小型模組化超聲波脫硫裝置。這家位於內華達州斯帕克斯的公司聲稱，其工藝既可以釋放硫原子，又可以使原油變輕，從而減少 30% 到 50% 的硫，並增加約三分之一的柴油和煤油。“如果 SulphCo 的工藝有效，這將是我們部分問題的一個優雅解決方案，”韋爾伯恩說。
煉油廠必須將此類裝置整合到他們的工藝中，結合預處理和後處理。“這涉及到相當複雜的方程式來平衡兩者，”聖路易斯 Hart Downstream Energy Consulting 的煉油專家 Abe Albert 說。從好的方面來說，SulphCo 總裁 Peter Gunnerman 表示，這種處理將使下游脫硫更有效率，而且資本投資僅為 HDS 的 5%。SulphCo 去年 9 月在韓國完成了一個小型示範裝置。
另一項技術旨在一次性去除超重油中的所有硫。Trans Ionics 公司總部位於德克薩斯州伍德蘭茲，專注於所謂的油砂或瀝青，這是一種特別重且酸性的石油，西半球擁有全球 65% 的儲量，主要在加拿大和委內瑞拉。為了處理這種重油，煉油廠通常會熱“裂解”石油（即烹飪），然後處理液體產品。Trans Ionics 計劃用元素鈉提取硫，然後將其在新型硫化鈉電池中回收利用。Trans Ionics 總裁 Robert Schucker 表示，在 DOE 撥款的資助下，Trans Ionics 已為各種元件申請了專利，包括新型薄膜電解質，他預計將在 2012 年實現商業化。
BP 位於伊利諾伊州內珀維爾的煉油技術專案負責人道格拉斯·倫德爾指出，世界各地的煉油廠最初是為監管不太嚴格的世界量身定製的。無數新方法提案面臨的挑戰是證明它們能夠可靠地增強基礎設施。倫德爾說，煉油商對有充分論據的案例持開放態度：“如果有人出現並表明工藝‘x’有效且經濟上有吸引力，人們就會接受它。”