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エネルギー作物は、再生可能なバイオエネルギー生産のみを目的として栽培される、低コストかつ低メンテナンスの作物です（食用ではありません）。これらの作物は、ペレット、バイオエタノール、バイオガスなどの固体、液体、または気体の燃料に加工されます。これらの燃料は燃焼され、電力や熱を発生させます。
植物は一般的に木本植物と草本植物に分類されます。木本植物にはヤナギ[ 1 ]やポプラがあり、草本植物にはススキ（Miscanthus x giganteus）やペニセタム・プルプレウム（どちらもエレファントグラスとして知られています）があります。草本作物は、物理的には樹木よりも小さいですが、地下に蓄積するCO2（炭素の形で）の量は木本作物の約2倍です。 [ 2 ]
遺伝子組み換えなどのバイオテクノロジー的手法により、植物を操作して収量を増やすことができる。既存の栽培品種でも比較的高い収量を実現できる。[ 3 ]： 250しかし、関連コストの削減（つまり製造工程中のコスト[ 4 ] ）や水の使用量の削減などの追加的な利点は、遺伝子組み換え作物を使用することによってのみ達成できる。
固体バイオマス（多くはペレット状に加工される）は、火力発電所において単独で、あるいは他の燃料と混焼して燃焼される。また、熱供給や熱電併給（CHP）発電にも利用される。
短伐期萌芽更新（SRC）農業では、ヤナギやポプラなどの成長の早い樹種が3～5年の短いサイクルで栽培・収穫されます。これらの樹木は湿った土壌条件で最もよく成長します。地域の水質条件への影響は否定できません。脆弱な湿地の近くでの植栽は避けるべきです。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
トウモロコシ、スーダングラス、キビ、シロツメクサなどの作物全体をサイレージにしてバイオガスに変換することができます。[ 3 ]嫌気性消化槽やバイオガスプラントには、サイレージに加工されたエネルギー作物を直接投入することができます。ドイツのバイオ農業で最も急速に成長している分野は、「再生可能エネルギー作物」の分野で、2006年には約50万ヘクタール（120万エーカー）の土地で栽培されています。 [ 8 ]肥料や腐った穀物など、原料のエネルギー含有量が低い場合、エネルギー作物を栽培することでガス収量を増やすこともできます。現在、サイレージを介してメタンに変換されるバイオエネルギー作物のエネルギー収量は、年間約2 GWh / km 2（1.8 × 10 10 BTU /平方マイル）と推定されています。小規模な複合農業経営では、農地の一部を使ってエネルギー作物を栽培・変換し、農地の約5分の1で農場全体のエネルギー需要を満たすことができる。しかし、ヨーロッパ、特にドイツでは、この急速な成長は、ドイツの再生可能エネルギー奨励制度のように、政府の多大な支援があって初めて実現した。[ 9 ]作物栽培とサイレージメタンによるバイオエネルギー生産の統合という同様の発展は、政治的・構造的な問題や、エネルギー生産の中央集権化に向けた継続的な大きな推進力によって、前向きな発展が覆い隠されてしまった北米では、ほぼ完全に無視されてきた。
エネルギー作物からのバイオディーゼルのヨーロッパでの生産は、過去 10 年間着実に増加しており、主に油とエネルギーに使用される菜種 に焦点が当てられています。菜種からの油/バイオディーゼルの生産は、ドイツだけでも 12,000 km 2を超え、過去 15 年間で倍増しました。[ 10 ] 純粋なバイオディーゼルとしての油の典型的な収量は100,000 L/km 2 (68,000 US gal/sq mi; 57,000 imp gal/sq mi)以上であり、栄養バランスが取れ、根こぶ病などの病気の蔓延を防ぐ持続可能な輪作が使用される限り、バイオディーゼル作物は経済的に魅力的です。大豆のバイオディーゼル収量は、菜種よりも大幅に低くなっています。[ 11 ]
セルロース系バイオエタノールの生産に用いられる主要な非食用作物は、スイッチグラスとジャイアントミスカンサスである。アメリカでは、バイオメタンを支える農業構造が多くの地域で欠如しており、クレジットやボーナス制度も整備されていないため、セルロース系バイオエタノールへの関心が高まっている。イネ科植物は、バイオブタノールのエネルギー作物でもある。
バイオエタノールとは、主にトウモロコシ（トウモロコシの種子）を原料として発酵によりエタノールを直接製造する技術も指します。しかし、特定の圃場条件やプロセス条件によっては、このプロセスは生産されるエタノールのエネルギー価と同量のエネルギーを消費する可能性があり、持続可能とは言えません。蒸留粕（DGSとも呼ばれる）をバイオガスに変換する新たな技術開発は、この種のバイオエタノール製造プロセスのエネルギー効率の悪さを改善する有望な手段として期待されています。
スウェーデンでは、柳や麻がよく使われる。
フィンランドでは、リードカナリーグラスは人気のエネルギー作物である。[ 12 ]
スイッチグラス（Panicum virgatum）は、もう一つのエネルギー作物です。[ 13 ]スイッチグラス1トンを生産するには、 0.97～1.34 GJの化石エネルギーが必要ですが、トウモロコシ1トンを生産するには1.99～2.66 GJが必要です。 [ 14 ]スイッチグラスには約18.8 GJ/ODTのバイオマスが含まれているため、この作物のエネルギー出力対入力比は最大20:1になります。[ 15 ]
化石燃料発電所の汚染を減らし、炭素排出量を削減またはなくす方法はいくつか存在する。よく使われる費用対効果の高い方法は、発電所を別の燃料（エネルギー作物/バイオマスなど）で稼働するように転換することである。場合によっては、転換後の化石燃料発電所がエネルギー作物/バイオマスを原料として使用する場合、バイオマスの熱分解が発電所に利益をもたらす可能性がある。[ 16 ]また、エネルギー作物を燃料として使用し、バイオ炭生産を実施する場合、火力発電所は炭素中立だけでなく、炭素負になることもできる。石炭火力発電所のエネルギー効率を改善することも排出量を削減するのに役立つ。
近年、バイオ燃料は化石燃料の代替として多くの国にとってより魅力的なものとなっています。そのため、この再生可能な資源の持続可能性を理解することは非常に重要です。バイオ燃料の使用には、温室効果ガスの排出量の削減、化石燃料よりも低コスト、再生可能性など、多くの利点があります。 [ 17 ]これらのエネルギー作物は発電に使用できます。木材セルロースとバイオ燃料を定置型発電と組み合わせると、非常に効率的であることが示されています。2008年から2013年にかけて、世界のバイオ燃料生産量は109%増加しており、需要を満たすためにさらに60%増加すると予想されています（経済協力開発機構（OECD）/国連食糧農業機関（FAO）による）。[ 18 ]
エネルギー作物の利用/需要の増加予測は、この資源が持続可能かどうかという疑問を提起する。バイオ燃料生産の増加は、土地利用の変化、生態系（土壌と水資源）への影響、エネルギー作物、食料、または飼料作物の栽培のための土地利用の競争に関連する問題を引き起こす。将来のバイオエネルギー原料として最適な植物は、成長が速く、収量が多く、成長と収穫などにほとんどエネルギー投入を必要としないものでなければならない。 [ 18 ]エネルギー作物をエネルギー生産に利用することは、カーボンニュートラルであるため有益である。化石燃料よりも安価な代替手段であり、エネルギー生産に利用できる植物種が非常に多様である。しかし、コスト（他の再生可能エネルギー源よりも高価）、効率、生産を維持するために必要なスペースに関する問題を考慮し、改善することで、バイオ燃料の利用が一般的に採用されるようになる。[ 17 ]
植物の成長中、CO 2は植物によって吸収されます。[ 19 ]通常の森林の炭素回転時間は数十年に及びますが、短伐期林業 (SRF) の林分の回転時間は 8〜20 年、短伐期萌芽更新 (SRC) の林分の回転時間は 2〜4 年です。[ 20 ]ミスカンサスやナピアグラスなどの多年生草本植物の回転時間は 4〜12 か月です。バイオマス作物は、地上組織でCO 2を吸収するだけでなく、地下の根や土壌にも炭素を隔離します。通常、多年生作物は、根の蓄積が長年にわたって妨げられることなく継続されるため、一年生作物よりも多くの炭素を隔離します。また、多年生作物は、一年生作物の栽培に伴う毎年の耕起作業 (耕うん、掘り起こし) を回避します。耕起は、土壌微生物群が利用可能な炭素を分解し、CO 2を生成するのに役立ちます。
土壌有機炭素は、特に深さ30cm （12インチ）より深いところで、耕作地よりもスイッチグラス作物の下の方が多いことが観察されている。[ 21 ]
バイオエネルギープロジェクトのライフサイクルにおける総GHGコストがプラス、ニュートラル、マイナスのいずれになるかは、炭素隔離量と温室効果ガス（GHG）排出量によって決まります。具体的には、地下における炭素蓄積量が地上におけるライフサイクル全体のGHG排出量を上回る場合、GHG/炭素排出量がマイナスのライフサイクルが可能になります。
例えば、Miscanthus × giganteusの場合、カーボン ニュートラル、さらにはマイナスの達成も可能だ。これは、収量とそれに伴う炭素隔離が非常に大きく、農場運営による排出量、燃料転換による排出量、輸送による排出量の合計を上回ることを意味する。[ 22 ]隔離の成功は植栽地に依存しており、隔離に最適な土壌は現在炭素が不足している土壌である。
英国では、イングランドとウェールズの大部分の耕作地で炭素隔離が成功すると予想されていますが、スコットランドの一部では、既に炭素が豊富な土壌（既存の森林）のため、炭素隔離が成功しないと予想されています。また、スコットランドでは、この寒冷な気候での比較的低い収穫量により、CO2 負の達成が難しくなっています。既に炭素が豊富な土壌には、泥炭地や成熟した森林が含まれます。草地も炭素が豊富である場合があり、英国で最も成功した炭素隔離は、改良された草地の下で行われていることがわかっています。[ 23 ]