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バイオ燃料は、石油などの化石燃料の形成に関わる非常にゆっくりとした自然プロセスではなく、バイオマスから短期間で生産される燃料です。 [ 1 ]バイオ燃料は、植物または農業、家庭、産業のバイオ廃棄物から生産できます。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]バイオ燃料は主に輸送に使用されますが、暖房や発電にも使用できます。[ 6 ] : 173 [ 7 ]バイオ燃料（およびバイオエネルギー全般）は、再生可能エネルギー源とみなされています。[ 8 ] : 11バイオ燃料の使用は、「食料か燃料か」論争、その持続可能性に関するさまざまな評価、バイオ燃料生産の結果としての継続的な森林破壊と生物多様性の損失に関して批判を受けています。 [ 9 ]
一般的に、バイオ燃料はエンジンで燃焼される際に温室効果ガスの排出量が少なく、生産に使用される作物によって大気から炭素が吸収されるため、一般的にカーボンニュートラルな燃料と考えられています。 [ 10 ] [ 11 ]しかし、バイオ燃料のライフサイクルアセスメントでは、追加のバイオ燃料原料を生産するために必要な潜在的な土地利用の変化に伴う大きな排出量が示されています。[ 12 ] [ 13 ]バイオ燃料のライフサイクルアセスメント（LCA）の結果は、原料の種類、生産ルート、データの変動、方法論の選択など、多くの要因に依存し、状況によって大きく異なります。[ 14 ]バイオ燃料による気候への影響に関する推定値は、調査された方法論と正確な状況に基づいて大きく異なります。[ 12 ]したがって、バイオ燃料の気候変動緩和の可能性は大きく異なります。シナリオによっては、バイオ燃料の排出レベルは化石燃料と同程度であり、他のシナリオでは、バイオ燃料の使用により排出量がマイナスになります。
バイオ燃料の世界的需要は、2022年から2027年にかけて56%増加すると予測されている。[ 15 ] 2027年までに、世界のバイオ燃料生産量は、世界の輸送用燃料の5.4%（航空燃料の1%を含む）を供給すると予想されている。[ 16 ]航空バイオ燃料の需要は増加すると予測されている。[ 17 ] [ 18 ]しかし、一部の政策は、航空輸送よりも陸上輸送を優遇しているとして批判されている。[ 19 ]
IEAは、バイオ燃料は特に船舶や航空など、電化が難しい用途に使うべきだと述べている。[ 20 ]最も一般的なバイオ燃料はバイオエタノールとバイオディーゼルである。米国はバイオエタノールの最大の生産国であり、EUはバイオディーゼルの最大の生産国である。一方、ブラジルは大量のバイオエタノールを生産し、車両に使用している。 [ 21 ]ブラジルでのみ入手可能なフレックス燃料車にも使用されている。[ 22 ]世界のバイオエタノールとバイオディーゼルの生産におけるエネルギー含有量は、それぞれ年間2.2 EJと1.8 EJである。 [ 23 ]
バイオ燃料という用語は様々な意味で用いられています。ある定義では、「バイオ燃料とは、固体、液体、または気体の形態をとるバイオ由来の製品である。これらは、作物や木材などの天然物、あるいは糖蜜やバガスなどの農業残渣から生産される。」とされています。 [ 6 ]： 173
他の出版物では、バイオ燃料という用語は輸送に使用される液体または気体の燃料に限定して使用されている。 [ 7 ]
IPCC第6次評価報告書は、バイオ燃料を「バイオマスから生産される、一般的に液体状の燃料。バイオ燃料には、サトウキビ、テンサイ、トウモロコシからのバイオエタノール、キャノーラや大豆からのバイオディーゼルが含まれる。」と定義している。 [ 24 ]： 1795また、この文脈におけるバイオマスを「化石化した物質や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。[ 24 ]： 1795これは、石炭やその他の化石燃料がこの文脈におけるバイオマスの形態ではないことを意味する。
バイオエタノールは、トウモロコシ、サトウキビ、スイートソルガムなどの糖類やデンプン作物から得られる炭水化物を主原料として発酵によって作られるアルコールです。樹木や草などの非食用資源由来のセルロース系バイオマスも、エタノール生産の原料として開発が進められています。エタノールは純粋な状態（E100）で自動車燃料として使用できますが、通常はオクタン価を高め、排気ガスを改善するためにガソリン添加剤として使用されます。
バイオディーゼルは、エステル交換反応を用いて油脂から製造されます。純粋な状態（B100）で車両燃料として使用できますが、通常はディーゼル燃料車の粒子状物質、一酸化炭素、炭化水素のレベルを低減するためのディーゼル添加剤として使用されます。[ 25 ]
第一世代バイオ燃料（「従来型バイオ燃料」とも呼ばれる）は、耕作地で栽培された食用作物から作られる。[ 26 ] [ 27 ]： 447作物の糖、デンプン、または油分は、エステル交換反応または酵母発酵によってバイオディーゼルまたはエタノールに変換される。 [ 28 ]
「食料か燃料か」というジレンマを避けるため、第2世代バイオ燃料および第3世代バイオ燃料（先進バイオ燃料、持続可能なバイオ燃料、ドロップインバイオ燃料とも呼ばれる）は、廃棄物やエネルギー作物など、食料や飼料作物と直接競合しない原料から作られる。[ 29 ]稲わら、もみ殻、木材チップ、おがくずなど、農業や林業活動から得られる幅広い再生可能な残渣原料は、生化学的および熱化学的プロセスによって先進バイオ燃料を生産するために使用できる。[ 27 ] : 448 g [ 30 ]
燃料の製造に使用される原料は、耕作地で栽培されるが主作物の副産物であるか、または限界地で栽培される。第二世代の原料には、わら、バガス、多年生草本、ジャトロファ、廃食用油、都市固形廃棄物などが含まれる。[ 31 ]
生物学的に生産されるアルコール、最も一般的なのはエタノール、そしてあまり一般的ではないがプロパノールとブタノールは、微生物と酵素の作用によって、糖類やデンプン（最も生産しやすい）またはセルロース（生産がより難しい）の発酵によって生産される。[ 32 ] IEAは、2021年にエタノール生産が砂糖供給量の20%、トウモロコシ供給量の13%を使用したと推定している。[ 33 ]
エタノール燃料は、特にブラジルにおいて、世界で最も一般的なバイオ燃料です。アルコール燃料は、小麦、トウモロコシ、テンサイ、サトウキビ、糖蜜、およびウイスキーなどのアルコール飲料の製造に使用できるあらゆる糖類やデンプン（ジャガイモや果物の廃棄物など）から得られる糖類の発酵によって生産されます。使用される生産方法は、酵素消化（貯蔵デンプンから糖類を放出するため）、糖類の発酵、蒸留、乾燥です。蒸留プロセスでは、熱を発生させるためにかなりのエネルギー投入が必要です。熱は、持続不可能な天然ガス化石燃料で発生することもありますが、ブラジルではバガスなどのセルロース系バイオマスが最も一般的な燃料であり、ヨーロッパではペレット、木材チップ、廃熱がより一般的です。トウモロコシからエタノールへの転換やその他の食料ストックが、セルロース系エタノールの開発につながりました。[ 34 ]エタノール燃料はガソリンと混合することでより環境に優しい燃料を作ることができるが、ガソリンの代替としてブタノールなどのより実行可能な燃料もある。[ 35 ]
メタノールは現在、再生不可能な化石燃料である天然ガスから生産されている。将来的にはバイオメタノールとしてバイオマスから生産されることが期待されている。これは技術的には可能であるが、経済的な実現可能性がまだ未確定であるという懸念から、生産は現在延期されている。[ 36 ]メタノール経済は、天然ガスからの現在の水素生産とは対照的な水素経済の代替案である。
ブタノール（C4時間9 OHABE 発酵によって生成され、このプロセスの実験的変更により、バイオブタノールを唯一正味エネルギー利得が得られるます。バイオブタノールは、エタノールよりも多くのエネルギーを生成し、既存のガソリンエンジンで (エンジンや車を変更することなく) 「そのまま」燃焼できるとされているため、ガソリンの直接の代替品としてよく主張されています。 [ 37 ]エタノールよりも腐食性が低く、水溶性も低く、既存のインフラを介して流通させることができます。大腸菌アミノ酸代謝を変更することによってブタノールを生成するようにうまく設計されています。 [ 38 ]大腸菌でのブタノール生産の欠点の 1 つは、栄養豊富な培地の高コストであることに変わりはありませんが、最近の研究では、大腸菌は最小限の栄養補給でブタノールを生産できることが実証されています。 [ 39 ]バイオブタノールはバイオガソリンと呼ばれることもありますが、化学的に異なり、ガソリンのような炭化水素ではなくアルコールであるため、これは誤りです。
バイオディーゼルはヨーロッパで最も一般的なバイオ燃料です。エステル交換反応を用いて油脂から製造され、化石燃料／鉱物ディーゼルと組成が類似した液体です。化学的には、主に脂肪酸メチル（またはエチル）エステル（FAME）から構成されています。[ 40 ]バイオディーゼルの原料には、動物性脂肪、植物油、大豆、菜種、ジャトロファ、マフア、マスタード、亜麻、ヒマワリ、パーム油、麻、フィールドペニークレス、ポンガミアピンナタ、藻類などがあります。純粋なバイオディーゼル（B100、別名「純粋な」バイオディーゼル）は現在、ディーゼルと比較して最大60%の排出量を削減します。第2世代B100。[ 41 ] 2020年現在オーストラリアのCSIROの研究者たちは、エンジン潤滑油としてサフラワー油を研究しており、米国のモンタナ州立大学先端燃料センターの研究者たちは、大型ディーゼルエンジンでの油の性能を研究しており、その結果は「画期的」と評されている。[ 42 ]
バイオディーゼルは、鉱物ディーゼルと混合すれば、あらゆるディーゼルエンジンや改造機器で使用できます。また、純粋な形（B100）でディーゼルエンジンで使用することもできますが、使用する原料によっては、低温で燃料の粘度がやや高くなるため、冬季の使用中にメンテナンスや性能上の問題が発生する可能性があります。[ 43 ]
1990年代後半以降の電子制御式「コモンレール」および「ユニットインジェクター」タイプのシステムは、従来のディーゼル燃料と混合したバイオディーゼルしか使用できません。これらのエンジンは、燃料の粘度に非常に敏感な、細かく計量・噴霧された多段式噴射システムを備えています。現在の多くのディーゼルエンジンは、エンジン自体を変更することなくB100で稼働するように設計されていますが、これは燃料レールの設計によって異なります。バイオディーゼルは効果的な溶剤であり、鉱物ディーゼルによって堆積した残留物を洗浄するため、バイオ燃料が燃料タンクやパイプ内の古い堆積物を溶解するため、エンジンフィルターの交換頻度が高くなる可能性があります。また、エンジンの燃焼室から炭素堆積物を効果的に除去し、効率の維持にも役立ちます。
バイオディーゼルは酸素含有燃料であり、化石ディーゼルよりも炭素量が少なく、水素と酸素の含有量が多いことを意味します。これにより、バイオディーゼルの燃焼が改善され、未燃焼炭素からの粒子状物質の排出量が減少します。ただし、純粋なバイオディーゼルを使用すると、NOx排出量が増加する可能性があります[ 44 ] 。バイオディーゼルは、無毒で生分解性があり、引火点が約300 °F（148 °C）と高い ため、取り扱いと輸送が安全です。石油ディーゼル燃料の引火点は125 °F（52 °C）です。[ 45 ]
多くのヨーロッパ諸国では、5%のバイオディーゼル混合燃料が広く使用されており、数千のガソリンスタンドで入手可能です。[ 46 ] [ 47 ]フランスでは、すべてのフランスのディーゼル車で使用される燃料に8%の割合でバイオディーゼルが配合されています。[ 48 ] Avril Groupは、 Diesterブランドで、欧州連合 が年間消費する1100万トンのバイオディーゼルの5分の1を生産しています。[ 49 ]同社はヨーロッパ最大のバイオディーゼル生産者です。[ 48 ]
グリーンディーゼルは、生化学的プロセスと熱化学的プロセスの組み合わせによって製造できます。従来のグリーンディーゼルは、植物油や動物性脂肪などのバイオオイル原料を水素化処理することによって製造されます。[ 50 ] [ 51 ]最近では、熱分解や水素化処理などの一連の熱化学的プロセスを使用して製造されています。熱化学的ルートでは、ガス化によって生成された合成ガス、熱分解によって生成されたバイオオイル、または水熱液化によって生成されたバイオ原油が、水素化処理を使用してグリーンディーゼルにアップグレードされます。[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]水素化処理は、水素を使用して分子構造を改質するプロセスです。たとえば、製油所で広く使用されている水素化処理技術である水素化分解は、高温高圧下で触媒の存在下で使用され、植物油に含まれるような大きな分子を、ディーゼルエンジンで使用されるより短い炭化水素鎖に分解します。[ 55 ]グリーンディーゼルは、再生可能ディーゼル、ドロップインバイオディーゼル、水素化処理植物油（HVO燃料） [ 55 ] 、または水素由来再生可能ディーゼルとも呼ばれます。 [ 51 ]バイオディーゼルとは異なり、グリーンディーゼルは石油ベースのディーゼルとまったく同じ化学的性質を持っています。[ 55 ] [ 56 ]流通と使用のために新しいエンジン、パイプライン、またはインフラストラクチャは必要ありませんが、石油と競争力のあるコストで生産されていません。[ 51 ]ガソリンバージョンも開発されています。[ 57 ]グリーンディーゼルは、 ConocoPhillips、Neste Oil、Valero、Dynamic Fuels、およびHoneywell UOP [ 51 ] [ 58 ]によってルイジアナとシンガポールで開発されており、スウェーデンのヨーテボリのPreemは、Evolution Dieselとして知られるものを作成しています。[ 59 ]
未加工の食用植物油は一般的に燃料としては使用されませんが、低品質の油はこの目的で使用されてきました。使用済み植物油は、バイオディーゼルに加工されるか、（まれに）水や微粒子を除去してから燃料として使用されるケースが増えています。IEAは、2021年に世界の植物油供給量の17%がバイオディーゼル生産に使用されたと推定しています。[ 33 ]
油脂は、触媒（通常は水酸化ナトリウム[NaOH]）の存在下で、10ポンドの短鎖アルコール（通常はメタノール）と反応し、水素化されてディーゼル代替品となる。[ 61 ]結果として得られる生成物は、セタン価が高く、芳香族と硫黄が少なく、酸素を含まない直鎖炭化水素である。水素化油は、あらゆる割合でディーゼルと混合することができる。低温での性能が良好、貯蔵安定性の問題がなく、微生物による攻撃を受けにくいなど、バイオディーゼルに比べていくつかの利点がある。[ 62 ]
バイオガソリンは、生物学的および熱化学的に生産できます。生物学的方法を使用した場合、韓国科学技術院（ KAIST ）のイ・サンヨプ教授が主導し、国際科学誌Natureに掲載された研究では、植物やその他の非食用作物に含まれるグルコースを餌として与えられた改変大腸菌を使用して、生成 された酵素でバイオガソリンを生産しました。酵素は糖を脂肪酸に変換し、次にこれらを市販のガソリン燃料に含まれるものと化学的および構造的に同一の炭化水素に変換しました。[ 63 ]バイオガソリンを生産する熱化学的アプローチは、バイオディーゼルを生産するために使用される方法と似ています。[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]バイオガソリンは、ドロップインガソリンまたは再生可能ガソリンとも呼ばれます。
バイオエーテル（燃料エーテルまたは酸素化燃料とも呼ばれる）は、オクタン価向上剤として作用する費用対効果の高い化合物です。「バイオエーテルは、イソブチレンなどの反応性イソオレフィンとバイオエタノールの反応によって生成されます。」[ 64 ]バイオエーテルは、小麦や砂糖大根から作られ、バイオディーゼルの製造で発生する廃グリセロールからも製造できます。[ 65 ]また、エンジンの摩耗や有害な排気ガス排出量を大幅に削減しながら、エンジンの性能を向上させます。地上オゾン排出量を大幅に削減することで、大気質の改善にも貢献します。[ 67 ] [ 68 ]
輸送燃料には、ジメチルエーテル（DME）、ジエチルエーテル（DEE）、メチルtert-ブチルエーテル（MTBE）、エチルtert-ブチルエーテル（ETBE）、 tert-アミルメチルエーテル（TAME）、tert-アミルエチルエーテル（TAEE）の6種類のエーテル添加剤があります。[ 69 ]
欧州燃料酸素添加物協会は、鉛の代替として燃料に最も一般的に使用されているエーテルとしてMTBEとETBEを挙げている。エーテルは、毒性の高い化合物の代替として1970年代にヨーロッパで導入された。[ 70 ]ヨーロッパでは依然としてバイオエーテル添加剤が使用されているが、2005年の米国エネルギー政策法により、改質ガソリンに酸素添加物を含めるという要件が撤廃され、燃料に添加されるMTBEの量が減少した。 [ 71 ]バイオエーテルは英国で石油から生産されるエーテルの代替となる可能性が高いが、エネルギー密度が低いため、それ自体が燃料となる可能性は非常に低い。[ 72 ]
航空バイオ燃料（バイオジェット燃料[ 73 ] 、持続可能な航空燃料（SAF）、またはバイオ航空燃料（BAF）[ 74 ]とも呼ばれる）は、航空機の動力源として使用されるバイオ燃料です。国際航空運送協会（IATA）は、航空の環境への影響を軽減するための重要な要素であると考えています[ 75 ] 。航空バイオ燃料は、中長距離航空旅行の脱炭素化に使用されます。これらのタイプの旅行は、最も多くの排出量を発生させます。合成パラフィン系灯油（SPK）は、灯油ジェット燃料の代替として設計された非石油系燃料を指し、多くの場合、バイオマスから作られますが、常にそうとは限りません。
バイオ燃料は、植物、動物、または廃棄物から得られるバイオマス由来の燃料です。使用されるバイオマスの種類によって、従来のジェット燃料と比較してCO 2排出量を 20 ～ 98% 削減できます。[ 76 ] 混合バイオ燃料を使用した最初の試験飛行は 2008 年に行われ、2011 年に、バイオ燃料を 50% 含む混合燃料が商用便で使用できるようになりました。2023 年の SAF 生産量は 6 億リットルで、世界のジェット燃料使用量の 0.2% を占めています。[ 77 ] 2024 年までに、SAF 生産量は 13 億リットル (100 万トン) に増加し、世界のジェット燃料消費量の 0.3%、世界の再生可能燃料生産量の 11% を占める予定でした。[ 78 ]この増加は、当初 19 億リットルに達すると予想されていた米国の主要生産施設が、2025 年まで生産量の増加を延期したことによるものです。
航空バイオ燃料は、ヤトロファ、藻類、獣脂、廃油、パーム油、ババス、キャメリーナなどの植物または動物由来の原料（バイオSPK） 、フィッシャー・トロプシュ法で処理した熱分解による固体バイオマス（FT-SPK）、廃棄物発酵によるアルコール・ジェット燃料（ATJ）製造、または太陽光反応器を用いた合成生物学によって製造することができる。小型ピストンエンジンは、エタノールを燃焼するように改造することができる。
持続可能なバイオ燃料は電気燃料の代替品である。[ 79 ]持続可能な航空燃料は第三者機関によって持続可能であると認証されている。
SAF技術は、原料の制約により大きな課題に直面しています。SAF生産に不可欠な、水素化処理エステルおよび脂肪酸（Hefa）として知られる油脂は、需要の増加に伴い供給が限られています。廃CO2とクリーン水素を組み合わせた先進的なe-fuels技術は有望な解決策ですが、まだ開発段階であり、コストも高額です。これらの問題を克服するために、SAF開発者は、木質バイオマスや農業廃棄物、都市廃棄物など、より入手しやすい原料を模索し、より持続可能で効率的な低炭素ジェット燃料の生産を目指しています。[ 80 ] [ 81 ]
バイオガスは、微生物による有機物の嫌気性消化プロセスによって生成される、主にメタンと二酸化炭素からなる混合物です。この混合物のその他の微量成分には、水蒸気、硫化水素、シロキサン、炭化水素、アンモニア、酸素、一酸化炭素、窒素が含まれます。[ 82 ] [ 83 ]バイオガスは、生分解性廃棄物から、または嫌気性消化槽に投入されたエネルギー作物を使用してガス収量を補うことによって生成できます。固体副産物である消化物は、バイオ燃料または肥料として使用できます。バイオガスからCO2やその他の不純物が除去されると、バイオメタンと呼ばれます。CO2は、メタン化で水素と結合して、さらにメタンを生成することもできます。
バイオガスは、機械的生物処理による廃棄物処理システムから回収できます。埋立地ガスは、バイオガスよりも純度が低い形態で、埋立地で自然発生する嫌気性消化によって生成されます。これが大気中に放出されると、温室効果ガスとして作用します。
スウェーデンでは、「廃棄物発電」発電所がゴミからメタンバイオガスを回収し、輸送システムの動力源として利用している。[ 84 ]農家は嫌気性消化槽を使って牛糞からバイオガスを生産することができる。[ 85 ]
合成ガスは、一酸化炭素、水素、およびさまざまな炭化水素の混合物であり、バイオマスの部分燃焼（バイオマスを二酸化炭素と水に完全に変換するのに十分でない量の酸素を用いた燃焼）によって生成されます。 [ 62 ]部分燃焼の前に、バイオマスは乾燥され、場合によっては熱分解されます。合成ガスは、元のバイオ燃料の直接燃焼よりも効率的であり、燃料に含まれるエネルギーがより多く抽出されます。
合成ガスは、内燃機関、タービン、または高温燃料電池で直接燃焼させることができます。[ 86 ]木材ガス発生器（木材燃料ガス化反応器）は、内燃機関に接続できます。
合成ガスは、メタノール、ジメチルエーテル、水素の製造に利用できるほか、フィッシャー・トロプシュ法 によってディーゼル燃料の代替品、あるいはガソリンに混合できるアルコール混合物の製造にも利用できる。ガス化には通常、700 ℃以上の高温が必要となる。
「バイオ燃料」という用語は、バイオマスから作られた固体燃料にも使用されますが、これはあまり一般的ではありません。 [ 7 ]
藻類は陸上の池やタンク、あるいは海上で生産することができる。[ 87 ] [ 88 ]藻類燃料は収率が高く、[ 89 ]発火点が高く、[ 90 ]淡水資源への影響を最小限に抑えて栽培でき、[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]塩水や廃水を使用して生産でき、生分解性があり、流出しても環境に比較的無害である。[ 94 ] [ 95 ] しかし、生産には大量のエネルギーと肥料が必要であり、生産された燃料は他のバイオ燃料よりも早く分解し、低温では流れにくい。[ 87 ] [ 96 ]
2017年までに、経済的な理由から、藻類から燃料を生産する取り組みのほとんどが放棄されるか、他の用途に変更された。[ 97 ]
第三世代および第四世代のバイオ燃料には、藻類やシアノバクテリアなどの遺伝子組み換え生物によって生産されるバイオ燃料も含まれます。[ 98 ]藻類とシアノバクテリアは、水、二酸化炭素、太陽エネルギーを使用してバイオ燃料を生産します。[ 98 ]このバイオ燃料生産方法はまだ研究段階です。遺伝子組み換え生物によって分泌されるバイオ燃料は、旧世代のバイオ燃料と比較して、光子から燃料への変換効率が高いと予想されています。[ 98 ]この種のバイオ燃料の利点の1つは、バイオ燃料を生産する生物の栽培に耕作地の使用を必要としないことです。[ 99 ]欠点としては、バイオ燃料を生産する生物の栽培コストが非常に高いことが挙げられます。[ 99 ]また、藻類を使用する現在の方法は、他の作物を使用するよりも環境への影響が大きい場合が多いです。[ 100 ]
最近の研究では、持続可能なエネルギーへの移行は、藻類などの非食料資源を利用し、人工光合成などの高度なプロセスを取り入れた第3世代および第4世代バイオ燃料の普及に依存していることが強調されています。これらの代替燃料は、以前の世代のバイオ燃料に関連する土地利用の競合や持続可能性のリスクを大幅に軽減するため、気候変動緩和に不可欠です。[ 101 ]
電気燃料と太陽燃料は、生物由来の要素を含むかどうかによって、バイオ燃料である場合とそうでない場合があります。電気燃料は、液体や気体の化学結合に電気エネルギーを蓄えることによって作られます。主な対象はブタノール、バイオディーゼル、水素ですが、他のアルコールやメタン、ブタンなどの炭素含有ガスも含まれます。太陽燃料は、太陽エネルギーから生成される合成化学燃料です。光は、通常、プロトンを水素に還元するか、二酸化炭素を有機化合物に還元することによって、化学エネルギーに変換されます。[ 102 ]
バイオダイジェスターは、分解と沈殿を利用して人間の排泄物をバイオガスと呼ばれる再生可能な燃料に変換する機械化されたトイレです。バイオガスは、農業廃棄物や下水などの物質から作ることができます。[ 103 ] [ 104 ]バイオダイジェスターは、嫌気性消化と呼ばれるプロセスを使用してバイオガスを生成します。嫌気性消化は、酸素がない状態で微生物を使用して有機物を分解する化学プロセスを使用してバイオガスを生成します。[ 105 ]嫌気性呼吸に関与するプロセスは、加水分解、酸生成、酢酸生成、およびメタン生成です。[ 106 ]
2017年の世界のバイオ燃料生産量は81百万トン石油換算量（Mtoe）で、2010年と比較して年間約3%増加した。[ 8 ]： 12 2017年には、米国が世界最大のバイオ燃料生産国となり、37百万トン石油換算量を生産した。次いでブラジルと南米が23百万トン石油換算量、ヨーロッパ（主にドイツ）が12百万トン石油換算量であった。[ 8 ]： 12
2017年の評価では、「バイオ燃料は、すべての車両用のバイオ燃料を生産するのに十分な土地が世界にはないため、主要な輸送燃料になることは決してないだろう。しかし、再生可能エネルギーの未来へと私たちを導くエネルギーミックスの一部となることはできる」と結論づけている。[ 8 ]： 11
2021年には、世界のバイオ燃料生産は、世界の輸送用燃料の4.3%を供給し、その中にはごく少量の航空バイオ燃料が含まれていました。[ 16 ] 2027年までに、世界のバイオ燃料生産は、世界の輸送用燃料の5.4%を供給し、その中には1%の航空燃料が含まれていると予想されています。[ 16 ]
米国、欧州、ブラジル、インドネシアがバイオ燃料消費量の増加の大部分を牽引している。バイオディーゼル、再生可能ディーゼル、バイオジェット燃料の需要は、2022年から2027年にかけて44%（210億リットル）増加すると予測されている。[ 107 ]
バイオ燃料に関する問題には、バイオ燃料の生産と使用から生じる可能性のある社会的、経済的、環境的、技術的な問題が含まれます。社会的および経済的な問題には、「食料か燃料か」という議論や、持続可能なバイオ燃料生産を確保するための責任ある政策と経済的手段の開発の必要性が含まれます。バイオ燃料原料のための農業は、持続可能な方法で行われなければ環境に悪影響を及ぼす可能性があります。環境上の懸念には、バイオ燃料農業のための土地開墾の結果として生じる森林破壊、生物多様性の損失、土壌侵食が含まれます。バイオ燃料は世界の炭素排出量の削減に貢献できますが、バイオ燃料生産のための間接的な土地利用の変化は逆効果になる可能性があります。技術的な問題には、エンジンをバイオ燃料で稼働させるために必要な可能性のある変更、エネルギーバランス、効率などが含まれます。
国際資源パネルは、あるバイオ燃料を別のバイオ燃料よりも優先して追求する相対的な利点を決定する際に考慮すべき、より広範で相互に関連する要因を概説した。[ 108 ] IRPは、気候、エネルギー安全保障、生態系への影響に関して、すべてのバイオ燃料が同等の性能を発揮するわけではないと結論付け、環境的および社会的影響はライフサイクル全体を通して評価する必要があると示唆した。
バイオ燃料による気候への影響に関する推定値は、調査方法や具体的な状況によって大きく異なります。[ 12 ]
一般的に、バイオ燃料はエンジンで燃焼させたときに温室効果ガスの排出量が少なく、バイオ燃料の生産に使用される作物が大気から炭素を吸収しているため、一般的にカーボンニュートラルな燃料とみなされています。 [ 10 ]バイオ燃料の温室効果ガス排出量は、生産に炭素回収が組み込まれている場合は-127.1 gCO2 eq/MJという低い値から、土地利用の変化が大きい場合は95 gCO2 eq/MJを超える値まで幅広くあります。 [ 53 ] [ 54 ]バイオ燃料の排出量の変動には、原料とその起源、燃料生産技術、システム境界の定義、エネルギー源など、いくつかの要因が関係しています。[ 54 ]しかし、欧州連合や英国などの多くの政府政策では、バイオ燃料は化石燃料と比較して少なくとも65%の温室効果ガス排出量削減（非生物起源の再生可能燃料の場合は70%）が求められています。[ 110 ] [ 111 ]
第一世代バイオ燃料のライフサイクルアセスメントでは、追加のバイオ燃料原料を生産するために必要な土地利用の変化に伴う大きな排出量が示されています。 [ 12 ] [ 13 ]土地利用の変化が伴わない場合、第一世代バイオ燃料は平均して化石燃料よりも排出量が少なくなる可能性があります。[ 12 ]しかし、バイオ燃料の生産は食料作物の生産と競合する可能性があります。米国で生産されるトウモロコシの最大40%がエタノールの製造に使用され[ 112 ]、世界全体では穀物の10%がバイオ燃料に転換されています。[ 113 ]米国とヨーロッパでバイオ燃料に使用される穀物を50%削減すると、ウクライナの穀物輸出すべてを代替できます。[ 114 ]いくつかの研究では、バイオ燃料からの排出量の削減は、酸性化、富栄養化、ウォーターフットプリント、生物多様性の損失などの他の影響を犠牲にして達成されることが示されています。[ 12 ]
第二世代バイオ燃料は、植物の非食用部分が廃棄される代わりに第二世代バイオ燃料の生産に利用されるため、環境の持続可能性を高めると考えられている。[ 115 ] しかし、第二世代バイオ燃料の使用はリグノセルロース系バイオマスの競争を激化させ、これらのバイオ燃料のコストを上昇させる。[ 116 ]
理論上、藻類から生産される第3世代バイオ燃料は、土地利用の変化が少なく、生産に農薬を必要としないため、第1世代または第2世代バイオ燃料よりも環境に害を与えることはないはずです。[ 117 ]しかし、データを見ると、第3世代バイオ燃料の生産に必要なインフラとエネルギーを生産するための環境コストは、バイオ燃料の使用によって得られる利益よりも高いことが示されています。[ 118 ] [ 119 ]
欧州委員会は、パーム油由来のバイオ燃料を2030年までに段階的に廃止する措置を正式に承認した。[ 120 ] [ 121 ]持続不可能なパーム油農業は、森林破壊や汚染など、深刻な環境問題や社会問題を引き起こしている。
バイオ燃料の生産は非常にエネルギー集約的であり、再生不可能な資源から生成される場合、バイオ燃料の使用によって得られる利点を大幅に軽減する可能性があります。この問題を解決するために提案されている解決策は、バイオ燃料生産施設に余剰の原子力エネルギーを供給することです。これにより、化石燃料から供給される電力を補完することができます。[ 122 ]これは、バイオ燃料生産の環境への影響を軽減するのに役立つ、炭素排出量の少ない解決策となる可能性があります。
バイオ燃料の間接的な土地利用変化の影響（ILUCまたはiLUC（アイラックと発音）とも呼ばれる）は、バイオ燃料に対する世界的な需要の増加に対応してエタノールやバイオディーゼル生産のために農地を拡大することによって世界中で引き起こされる土地利用の変化により、より多くの炭素排出量が放出されるという意図しない結果に関連しています。[ 123 ] [ 124 ]
世界中の農家が食料の需給バランスを維持するために作物の価格上昇に対応しているため、バイオ燃料の生産に転用された食料作物の代わりに、原生の土地が開墾されています。熱帯雨林や草原などの自然の土地は、植物が毎年成長するにつれて土壌やバイオマスに炭素を蓄積するため、新しい農地のために原生の土地を開墾すると、温室効果ガスの排出量が純増します。土壌とバイオマスの炭素蓄積量のこのようなオフサイトの変化により、間接的な土地利用の変化は、バイオ燃料の温室効果ガス（GHG）バランスに影響を及ぼします。[ 123 ] [ 124 ] [ 125 ] [ 126 ]
他の著者らは、間接的な土地利用の変化が、生物多様性、水質、食料価格と供給、土地所有権、労働者の移動、コミュニティと文化の安定性など、他の重要な社会的および環境的影響をもたらすと主張している。[ 125 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]