バイオエネルギー

木材を燃料とする熱電併給発電所が、フランスの3万世帯に再生可能エネルギー源としてバイオエネルギーを供給している。

ブラジルでバイオエネルギー生産用のエタノールを生産するためのサトウキビ農園

バイオエネルギーは、植物や動物から得られる再生可能エネルギーの一種です。 ^{[ 1 ]}原料として使用されるバイオマスは、最近まで生きていた（現在は死んでいる）生物、主に植物で構成されています。[ 2 ^{]したがって、}この定義では化石燃料はバイオマスとはみなされません。バイオエネルギーに一般的に使用されるバイオマスの種類には、木材、トウモロコシなどの食用作物、エネルギー作物、森林、庭、農場からの廃棄物などがあります。^{[ 3 ]}バイオエネルギーは、微生物燃料電池や生物光起電力 など、生物の光合成によって生成される電気を指す場合もあります。

バイオエネルギーは気候変動の緩和に役立つ可能性があるが、場合によっては必要なバイオマス生産によって温室効果ガスの排出量が増加したり、地域の生物多様性の損失につながったりする可能性がある。バイオマス生産の環境への影響は、バイオマスの生産方法や収穫方法によっては問題となる可能性がある。しかし、化学結合を切断することによってエネルギーが得られる限り、_{CO2は依然として発生する。} ^{[ 4 ]}

IEAの「2050年までにネットゼロ」シナリオでは、従来のバイオエネルギーを2030年までに段階的に廃止し、近代バイオエネルギーの割合を2020年の6.6%から2030年には13.1%、2050年には18.7%に増加させることを提唱している。^{[ 5 ]}バイオエネルギーは、適切に実施されれば、気候変動緩和に大きな可能性を秘めている。^{[ 6 ] : 637}地球温暖化を抑制するために推奨されている経路のほとんどは、2050年までにバイオエネルギーが相当量（平均200 EJ）貢献することを想定している。^{[ 7 ] : B 7.4}

IPCC第6次評価報告書は、バイオエネルギーを「あらゆる形態のバイオマスまたはその代謝副産物から得られるエネルギー」と定義している。 ^{[ 8 ]： 1795}さらに、この文脈におけるバイオマスを「化石化した物質または地質構造に埋め込まれた物質を除く有機物」と定義している。^{[ 8 ]： 1795}つまり、石炭やその他の化石燃料は、この文脈におけるバイオマスの形態ではないということである。

バイオエネルギーにおける伝統的なバイオマスという用語は、「低所得国で一般的な、調理や暖房のために、薪、木炭、農業残渣、および／または動物の糞を直火や非効率なストーブで燃焼させること」を意味する。^{[ 8 ]： 1796}

バイオマスは燃料として直接使用できる（例えば薪）ため、バイオマスとバイオ燃料という用語は時として同義語として使われることがある。しかし、バイオマスという用語は通常、燃料の原料となる生物由来の物質を指す。バイオ燃料またはバイオガスという用語は、それぞれ液体燃料または気体燃料に対して一般的に用いられる。^{[ 9 ]}

木材および木材残渣は、今日最大のバイオマスエネルギー源です。木材は燃料として直接使用することも、ペレット燃料やその他の形態の燃料に加工することもできます。トウモロコシ、スイッチグラス、ミスカンサス、竹などの他の植物も燃料として使用できます。^{[ 10 ]}主な廃棄物原料は、木材廃棄物、農業廃棄物、都市固形廃棄物、製造廃棄物です。生のバイオマスを高品位燃料にアップグレードする方法は、熱的、化学的、または生化学的に大別されるさまざまな方法によって実現できます。

熱変換プロセスは、熱を主要なメカニズムとして利用し、バイオマスをより優れた実用的な燃料にアップグレードします。基本的な代替手段は、焙焼、熱分解、ガス化であり、これらは主に、関連する化学反応がどの程度進行するか（主に酸素の供給と変換温度によって制御される）によって区別されます。^{[ 11 ]}

多くの化学変換は、フィッシャー・トロプシュ合成などの確立された石炭ベースのプロセスに基づいています。^{[ 12 ]}石炭と同様に、バイオマスも複数の汎用化学物質に変換できます。^{[ 13 ]}

生化学的プロセスは、バイオマスを構成する分子を分解するために自然界で発達しており、その多くは利用可能です。ほとんどの場合、微生物が変換を行うために使用されます。これらのプロセスは、嫌気性消化、発酵、堆肥化と呼ばれます。^{[ 14 ]}

バイオエネルギーは、温室効果ガスの排出量を緩和（つまり削減）することも増加させることもあります。地域環境への影響は問題となる可能性があります。例えば、 2025年にインドネシアで行われた大規模プロジェクトのように、サトウキビ由来のバイオエタノールの生産のために森林が伐採されることがあります。 ^{[ 41 ]}

バイオマス生産は、バイオマスが生産される場所で大きな社会的および環境的圧力を生み出す可能性がある。^{[ 42 ]}その影響は主にバイオマスの表面エネルギー密度が低いことに関係している。表面エネルギー密度が低いということは、例えば化石燃料と比較して、同じ量のエネルギーを生産するためにはるかに広い土地が必要になるという効果がある。^{[ 43 ]}

バイオマスの長距離輸送は無駄が多く持続不可能であると批判されており^{[ 44 ] 、スウェーデン[ 45 ]}とカナダ^{[ 46 ]}では森林バイオマスの輸出に対する抗議活動が行われている。

2020年には、バイオエネルギーは58エクサジュール（EJ ）のエネルギーを生産した。これは、原油からの172EJ、石炭からの157EJ、天然ガスからの138EJ、原子力からの29EJ、水力からの16EJ 、風力、太陽光、地熱を合わせた15EJと比較したものである。^{[ 47 ]}世界のバイオエネルギーの大部分は森林資源から生産されている。^{[ 48 ] : 3 [ 49 ] : 1}

一般的に、バイオエネルギーの拡大は2020年に50%減少した。中国とヨーロッパは2020年に大幅な拡大を報告した唯一の2つの地域で、それぞれ2 GWと1.2 GWのバイオエネルギー容量を追加した。^{[ 50 ]}

製材残渣のほぼ全てが既にペレット生産に利用されているため、拡大の余地はない。バイオエネルギー部門が将来的に大幅に拡大するためには、伐採されたパルプ材のより多くの部分をペレット工場に送る必要がある。しかし、パルプ材（間伐材）の伐採は、これらの樹木が老齢化し、炭素貯蔵能力を最大化する可能性を奪う。^{[ 51 ]： 19}パルプ材と比較して、製材残渣は正味排出量が少ない。「バイオマス原料の中には、少なくとも数年間はカーボンニュートラルになるものがあり、特に製材残渣がこれに該当する。これらは、追加の伐採を伴わない他の森林作業からの廃棄物であり、そうでなければ廃棄物として焼却されたり、腐敗させられたりすれば、いずれにせよ炭素が大気中に放出される。」^{[ 51 ]： 68}