バイオガス

バイオガスは、農業廃棄物、肥料、都市廃棄物、植物材料、下水、緑の廃棄物、廃水、食品廃棄物などの原料から生成される気体の再生可能エネルギー源^[1]です。バイオガスは、嫌気性消化槽、バイオ消化槽、またはバイオリアクター内で嫌気性生物またはメタン生成菌による嫌気性消化によって生成されます。^{[2] [3]} ガスの成分は主にメタン（CH
₄）と二酸化炭素（CO
₂）および少量の硫化水素（H
₂S）、水分、シロキサンから構成されています。メタンは酸素で燃焼または酸化されます。このエネルギー放出により、バイオガスは燃料として使用できます。燃料電池や調理などの暖房に使用できます。また、ガスエンジンで使用して、ガスのエネルギーを電気と熱に変換することもできます。^[4]

二酸化炭素と硫化水素を除去すれば、天然ガスと同じように圧縮して自動車の燃料として利用できる。例えば英国では、バイオガスは自動車燃料の約17％を代替できる可能性があると推定されている。^{[5]世界の一部の地域では、バイオガスは再生可能}エネルギーの補助金の対象となっている。バイオガスはバイオメタンになると、浄化して天然ガス基準までアップグレードできる。バイオガスは生産と使用のサイクルが継続しており、正味の二酸化炭素を発生しないため、再生可能資源であると考えられている。炭素の観点から見ると、主要なバイオ資源の成長によって大気から吸収される二酸化炭素は、材料が最終的にエネルギーに変換されるときに放出される二酸化炭素と同量である。

バイオガスは、メタン生成菌や硫酸還元菌などの微生物が嫌気呼吸を行うことで生成されます。バイオガスは、自然に生成されるガスと工業的に生成されるガスの両方を指します。

土壌では、メタンは嫌気性環境でメタン生成菌によって生成されますが、そのほとんどは好気性ゾーンでメタン酸化細菌によって消費されます。メタン生成菌が優勢になると、メタンが排出されます。湿地土壌はメタンの主な自然発生源です。その他の発生源としては、海洋、森林土壌、シロアリ、野生の反芻動物などがあります。^[6]

産業用バイオガス生産の目的は、通常は燃料用のバイオメタンを収集することです。産業用バイオガスは、次のいずれかの方法で生産されます。

• 埋立地ガス（LFG）は、埋立地内で化学反応や微生物により生分解性廃棄物が分解されて生成されるガスです。
• 嫌気性消化槽内で生成される消化ガスとして。

バイオガスプラントは、農場の廃棄物やエネルギー作物を処理する嫌気性消化槽によくつけられる名前です。嫌気性消化槽（さまざまな構成の密閉タンク）を使用して生成できます。これらのプラントには、トウモロコシサイレージなどのエネルギー作物や、下水汚泥や食品廃棄物などの生分解性廃棄物を投入できます。プロセス中、微生物はバイオマス廃棄物をバイオガス（主にメタンと二酸化炭素）と消化物に変換します。廃水を乳製品業界、砂糖業界、または醸造業界の他の残留物と一緒に消化すると、より多くのバイオガスを生成できます。たとえば、ビール工場の廃水の90％に10％の牛のホエーを混ぜると、醸造所の廃水のみで生成されたバイオガスと比較して、バイオガスの生成が2.5倍に増加しました。^[7]

意図的に植えられたトウモロコシからのバイオガスの製造は、これらのプランテーションの非常に集中した、激しい、そして土壌を侵食する性質のために、持続不可能で有害であると言われています。^[8]

重要なプロセスは2つあります。中温消化と、温度に依存する高温消化です。アラスカ大学フェアバンクス校の実験では、「アラスカの凍った湖の泥」から採取した好冷菌を使用した1000リットルの消化槽で、1日あたり200～300リットルのメタンが生成されました。これは、温暖な気候の消化槽から生成される量の約20～30%に相当します。^[9]

バイオガスによって生じる大気汚染は、メタン（バイオガスの主成分）をエネルギー源として使用するために点火すると、二酸化炭素が生成しますが、これは温室効果ガスです（この式で説明されます：CH ₄ + 2 O ₂ → CO ₂ + 2 H ₂ O ）。有毒な硫化水素の含有量はさらなるリスクをもたらし、重大な事故の原因となっています。^{[10]メタンは強力な}温室効果ガスであるため、未燃焼のメタンの漏れはさらなるリスクとなります。施設からメタンが2％漏れることがあります。^{[11] [12]}

バイオガスは、バイオガス 1 部に対して空気 8～20 部の比率で混合すると爆発する可能性があります。メンテナンス作業のために空のバイオガス ダイジェスターに入る場合は、特別な安全対策を講じる必要があります。バイオガス システムは負圧にならないようにすることが重要です。負圧になると爆発の原因になります。ガスが過剰に除去または漏れると負圧が発生する可能性があります。このため、圧力計で測定して 1 カラム インチ未満の圧力でバイオガスを使用しないでください。^{[引用が必要]}

バイオガスシステムでは頻繁に臭いのチェックを行う必要があります。どこかでバイオガスの臭いがしたら、すぐに窓やドアを開けてください。火災が発生した場合は、バイオガスシステムのゲートバルブでガスを遮断してください。^[13]

埋立地ガスは、バイオガスと同様に嫌気性条件下で湿った有機廃棄物が分解することによって生成される。^{[14] [15]}

廃棄物は、上に堆積された物質の重量によって覆われ、機械的に圧縮される。この物質は酸素への露出を防ぎ、嫌気性微生物の繁殖を可能にする。バイオガスは蓄積され、その場所がガスを捕獲するように設計されていない場合は、ゆっくりと大気中に放出される。制御されていない方法で放出された埋立地ガスは、埋立地から漏れて酸素と混ざると爆発する可能性があるため、危険である可能性がある。爆発の下限はメタン5％、上限はメタン15％である。^[16]

バイオガス中のメタンは二酸化炭素の28 ^[17]倍の温室効果ガスです。そのため、封じ込められていない埋立地ガスが大気中に放出されると、地球温暖化の影響に大きく寄与する可能性があります。さらに、埋立地ガス中の揮発性有機化合物(VOC) は光化学スモッグの形成に寄与します。

生化学的酸素要求量(BOD) は、バイオ消化槽で使用される材料サンプル内の有機物を分解するために好気性微生物が必要とする酸素の量の尺度であり、液体排出物の BOD により、バイオ消化槽からの毎日のエネルギー出力を計算することもできます。

バイオ消化器に関連するもう 1 つの用語は、排水の汚濁度です。これは、バイオガス源 1 単位あたりに含まれる有機物の量を示します。この測定の一般的な単位は mg BOD/リットルです。たとえば、パナマでは排水の汚濁度は 800 ～ 1200 mg BOD/リットルの範囲になります。^{[引用が必要]}

廃棄された台所のバイオ廃棄物1kgから、0.45m3^のバイオガスが得られます。家庭からバイオ廃棄物を収集する費用は1トンあたり約70ユーロです。^[18]

バイオガスの組成は、基質の組成、および嫌気性リアクター内の状態（温度、pH、基質濃度）によって異なります。^[20] 埋立地ガスのメタン濃度は通常約50％です。高度な廃棄物処理技術により、55〜75％のメタンを含むバイオガスを生成でき、^{[21]自由液体を備えたリアクターの場合は、}その場でのガス精製技術を使用してメタンを80〜90％に増やすことができます。 ^[22]生成されたバイオガスには水蒸気が含まれています。水蒸気の分率はバイオガスの温度の関数です。測定されたガス体積を水蒸気含有量と熱膨張に対して補正することは、簡単な計算で簡単に行えます^[23]。これにより、乾燥バイオガスの標準化された体積が得られます。

一般的なバイオ消化装置に投入される 1000 kg (湿重量) の場合、総固形分は湿重量の 30% になるのに対し、揮発性懸濁固形分は総固形分の 90% になります。タンパク質は揮発性固形分の 20%、炭水化物は揮発性固形分の 70%、そして脂肪は揮発性固形分の 10% になります。

有毒で悪臭のある硫化水素（H
₂S ）はバイオガス中の最も一般的な汚染物質ですが、チオールなどの他の硫黄含有化合物が存在する場合もあります。バイオガス流中に残った硫化水素は腐食性があり、燃焼すると二酸化硫黄（SO
₂）と硫酸（H
₂それで
₄）、腐食性があり環境に有害な化合物でもある。^[24]

アンモニア（NH
₃）は、タンパク質中のアミノ酸などの窒素を含む有機化合物から生成される。バイオガスから分離されない場合、燃焼によりNO
_x排出量^[24]

バイオガスにはシロキサンが含まれる場合があります。シロキサンは、石鹸や洗剤によく含まれる物質の嫌気性分解によって生成されます。シロキサンを含むバイオガスの燃焼中にシリコンが放出され、燃焼ガス中の遊離酸素やその他の元素と結合する可能性があります。堆積物は主にシリカ（SiO）を含む形で形成されます。
₂）またはケイ酸塩（Si
_xお
_ええ）であり、カルシウム、硫黄、亜鉛、リンを含むことがあります。このような白い鉱物の堆積物は、数ミリメートルの表面の厚さに蓄積し、化学的または機械的な手段で除去する必要があります。

シロキサンやその他のバイオガス汚染物質を除去するための実用的かつ費用対効果の高い技術が利用可能である。^[25]

肥料を嫌気性条件下で保管すると、高レベルのメタンが生成されます。保管中および肥料が土地に施用されると、脱窒プロセスの副産物として亜酸化窒素も生成されます。亜酸化窒素（N
₂O ) は二酸化炭素の 320 倍の温室効果ガスであり^[26]、メタンは二酸化炭素の 25 倍の温室効果ガスです^{[27] 。牛の糞尿を}嫌気性消化 でメタンバイオガスに変換することで、米国の何百万頭もの牛が 1,000 億キロワット時の電力を生産できるようになります。これは米国中の何百万もの家庭に電力を供給するのに十分な量です。牛 1 頭は 1 日で 3 キロワット時の電力を生産するのに十分な糞尿を生産できます。^[28]さらに、牛の糞尿を分解させるのではなくメタンバイオガスに変換することで、地球温暖化ガスを 9,900 万トン、つまり 4% 削減できます。^[29]

バイオガスは、下水処理場での発電に利用することができ、^[30] CHP ガスエンジンで利用することができ、エンジンからの廃熱は、消化槽の加熱、調理、空間暖房、給湯、プロセス加熱に便利に利用されます。圧縮すれば、車両用の圧縮天然ガスの代替として利用することができ、内燃機関や燃料電池の燃料として利用することができ、通常のオンサイトCHPプラントでの使用よりもはるかに効果的な二酸化炭素置換剤となります。^{[30] [31] [32]}

消化から生成される生のバイオガスは、およそ60%がメタン、39%がCOである。
₂微量元素Hを含む
₂S :機械に使用するには不適切。Hの腐食性
₂Sだけでもメカニズムを破壊するのに十分である。^[24]

バイオガス中のメタンは、バイオガスアップグレーダーを介して化石天然ガスと同じ基準に濃縮することができます。化石天然ガス自体は洗浄プロセスを経てバイオメタンになります。地域のガスネットワークが許可する場合、バイオガスの生産者はその配給ネットワークを使用することができます。ガスはパイプライン品質に達するために非常にクリーンでなければならず、配給ネットワークが受け入れるために適切な組成でなければなりません。二酸化炭素、水、硫化水素、および粒子が存在する場合は除去する必要があります。^[24]

アップグレードには主に4つの方法があります：水洗浄、圧力スイング吸収、セレクソル吸収、アミンガス処理です。^[33]これらに加えて、バイオガスアップグレードのための膜分離技術の使用が増加しており、すでにヨーロッパと米国でいくつかのプラントが稼働しています。^{[24] [34]}

最も一般的な方法は水洗浄で、高圧ガスがカラムに流れ込み、ガスと逆流する水をカスケード状に流すことで二酸化炭素やその他の微量元素が洗浄されます。この方法では、メタンを 98% 生成でき、メーカーはシステム内で最大 2% のメタン損失を保証しています。バイオガス アップグレード システムを稼働させるには、ガスの総エネルギー出力の約 3% から 6% が必要です。

ガスグリッド注入とは、バイオガスをメタングリッド（天然ガスグリッド）に注入することです。マイクロ熱電併給発電のブレークスルーが起こるまで、バイオガス発電所で生産されるエネルギーの3分の2は（熱として）失われていました。グリッドを使用してガスを消費者に輸送することで、エネルギーをオンサイト発電に使用でき、^[35]エネルギー輸送の損失が削減されます。天然ガス輸送システムにおける一般的なエネルギー損失は1％から2％の範囲であり、電力輸送では5％から8％の範囲です。^[36]

バイオガスはガス供給網に注入される前に、洗浄工程を経て天然ガス品質にアップグレードされます。洗浄工程では、ガス供給網や最終ユーザーに有害な微量成分が除去されます。^[37]

濃縮・圧縮すれば、車両輸送に利用できる。圧縮バイオガスは、スウェーデン、スイス、ドイツで広く利用されつつある。バイオガスで動く列車「Biogaståget Amanda（バイオガス列車アマンダ）」は、2005年からスウェーデンで運行されている。^{[38] [39]}バイオガスは自動車の動力源である。1974年、英国のドキュメンタリー映画「Sweet as a Nut」は、豚の糞尿からバイオガスを生成するプロセスを詳しく説明し、それがカスタム適合された燃焼エンジンにどのように燃料を供給するかを示した。^{[40] [41]} 2007年には、推定12,000台の車両が世界中で、主にヨーロッパで、アップグレードされたバイオガスで燃料を供給されていた。^[42]

バイオガスは、ガス流にミストや霧が含まれる湿性ガスおよび凝縮ガス (または空気) のカテゴリに属します。ミストや霧は主に水蒸気で、ガス流全体にわたってパイプや煙突の側面に凝縮します。バイオガス環境には、廃水消化槽、埋立地、動物飼育施設 (屋根付き家畜用ラグーン) などがあります。

超音波流量計は、バイオガス雰囲気で測定できる数少ない装置の 1 つです。ほとんどの熱式流量計は、水分によって安定した高流量の読み取り値と継続的な流量スパイクが発生するため、信頼性の高いデータを提供できません。ただし、圧力低下を最小限に抑えてバイオガス流量を正確に監視できるシングルポイント挿入型熱式質量流量計もあります。これらの流量計は、日々の温度変動や季節的な温度変動によって流量に生じる水分の変化に対応し、流量内の水分を考慮して乾燥ガス値を生成します。

バイオガスは、イェンバッハやキャタピラーのガスエンジンなど、さまざまなタイプの内燃機関で使用できます。 ^[43]ガスタービンなどの他の内燃機関は、バイオガスを電気と熱の両方に変換するのに適しています。消化残渣は、バイオガスに変換されなかった残りの無機物です。農業用肥料として使用できます。

バイオガスは、農業廃棄物からバイオガスを生産し、熱電併給発電（ CHP ）プラントで熱と電気を共同発電するシステムの燃料として使用することができます。風力や太陽光などの他のグリーンエネルギーとは異なり、バイオガスは需要に応じてすぐに利用できます。化石燃料の代わりにバイオガスを燃料として使用すると、地球温暖化係数も大幅に削減されます。^[44]

しかし、バイオガスによって生じる酸性化と富栄養化の可能性は、化石燃料の代替品に比べてそれぞれ25倍と12倍高い。この影響は、原料の正しい組み合わせ、消化槽の屋根付き貯蔵、漏れた物質の回収技術の改善によって軽減できる。全体として、結果は、バイオガスを使用すると、化石燃料の代替品と比較して、ほとんどの影響を大幅に軽減できることを示唆している。システムを関与させる際には、環境被害と温室効果ガス排出のバランスを考慮する必要がある。^[45]

NANOCLEANなどのプロジェクトでは、現在、有機廃棄物の処理過程で酸化鉄ナノ粒子を使用して、バイオガスをより効率的に生産する新しい方法を開発しています。このプロセスにより、バイオガスの生産量を3倍にすることができます。^[46]

糞便汚泥は、オンサイト衛生システムの産物です。収集および輸送後、糞便汚泥は従来の処理施設で下水と一緒に処理することも、糞便汚泥処理施設で個別に処理することもできます。糞便汚泥は、堆肥化または嫌気性消化システムで有機固形廃棄物と一緒に処理することもできます。^[47]糞便汚泥の処理では、嫌気性消化によってバイオガスを生成することができます。

排泄物の適切な管理と、糞便汚泥からのバイオガス生産による排泄物の価値向上は、水媒介性疾患や水質汚染、環境汚染など、適切に管理されていない排泄物の影響を軽減するのに役立ちます。^[48]

資源回収・再利用（RRR）は、CGIAR水・土地・生態系研究プログラム（WLE）のサブプログラムであり、家庭や農業産業の廃棄物から水、栄養素、エネルギーを安全に回収するための応用研究に取り組んでいます。^[49]彼らは、廃棄物をエネルギーとして利用することは経済的に良いことであり、衛生、健康、環境の問題に取り組むことになると考えています。

欧州連合には、廃棄物管理と埋立地に関する「埋立地指令」と呼ばれる法律があります。

英国やドイツなどの国では、農家に長期的な収入とエネルギーの安全保障を提供する法律が施行されている。^[50]

EU では、バイオガスを使用する内燃機関は燃焼を最適化するために十分なガス圧が必要であると規定しており、欧州連合内では、欧州指令2014–34/EU (旧 94/9/EG)に従って製造されたATEX遠心ファンユニットの使用が義務付けられています。Combimac、Meidinger AG、Witt & Sohn AG などのこれらの遠心ファンユニットは、ゾーン 1 および 2での使用に適しています。

米国では、埋立地ガスにはVOCが含まれているため、埋立地ガスを禁止している。米国大気浄化法および連邦規則集（CFR）第40編では、埋立地所有者に非メタン有機化合物（NMOC）の排出量を見積もることを義務付けている。推定NMOC排出量が年間50トンを超える場合、埋立地所有者はガスを収集し、混入したNMOCを除去する処理をしなければならない。これは通常、ガスを焼却することを意味する。埋立地が遠隔地にあるため、ガスから電気を生成することが経済的に実現不可能な場合がある。^[51]

嫌気性消化システムの開発を支援するさまざまな助成金やローンがあります。アメリカの農村エネルギープログラムは、環境品質インセンティブプログラム、保全管理プログラム、保全ローンプログラムと同様に、バイオガスシステムへのローン資金と助成金を提供しています。 ^[52]

バイオガスは多くの利点があるため、人気のエネルギー源になりつつあり、米国での使用が増え始めています。^[53] 2003年、米国は「埋立地ガス」から43 TWh（147兆BTU）のエネルギーを消費しました。これは米国の天然ガス消費量全体の約0.6％に相当します。 ^[42]牛糞由来のメタンバイオガスは米国でテストされています。サイエンス・アンド・チルドレン誌がまとめた2008年の研究によると、牛糞由来のメタンバイオガスは、米国全土の数百万世帯に電力を供給するのに十分な1000億キロワット時を生産するのに十分です。さらに、メタンバイオガスは、米国で排出される温室効果ガスの約4％に相当する9900万トンの温室効果ガス排出量を削減できることがテストで証明されています。^[54]

アメリカバイオガス協議会によると、農場に設置された消化装置の数は2021年に21％増加しました。^[55]バーモント州では、酪農場で生成されたバイオガスがCVPS Cow Powerプログラムに含まれていました。このプログラムはもともと、セントラルバーモント公共サービス株式会社が自主的な料金として提供していましたが、最近グリーンマウンテンパワーと合併し、現在はGMP Cow Powerプログラムとなっています。顧客は電気料金にプレミアムを支払うことを選択でき、そのプレミアムはプログラムに参加している農場に直接渡されます。バーモント州シェルドンでは、グリーンマウンテンデイリーがCow Powerプログラムの一環として再生可能エネルギーを提供しています。これは、農場を所有する兄弟、ビルとブライアン・ローウェルが、酪農場が直面している糞尿の悪臭や、動物の餌となる作物に必要な栄養素の利用可能性など、糞尿管理の課題のいくつかに対処したいと考えたことから始まりました。彼らは嫌気性消化槽を設置し、950頭の牛から出る牛と搾乳センターの廃棄物を処理して再生可能エネルギー、おがくずの代わりとなる敷料、植物に優しい肥料を生産している。エネルギーと環境特性はGMP Cow Powerプログラムに販売されている。平均して、ローウェル家が運営するシステムは、他の300～350世帯に電力を供給するのに十分な電力を生産している。発電機の容量は約300キロワットである。^[56]

テキサス州ヘレフォードでは、牛の糞尿がエタノール発電所の電力として利用されている。メタンバイオガスに切り替えることで、エタノール発電所は1日あたり1000バレルの石油を節約した。全体として、この発電所は輸送コストを削減し、バイオガスに依存する将来の発電所にさらに多くの雇用を生み出すことになるだろう。^[57]

カンザス州オークリーにあるエタノール工場は、北米最大級のバイオガス施設の一つと考えられており、総合堆肥利用システム（IMUS）を使用して、飼料用堆肥、都市有機物、エタノール工場の廃棄物を利用してボイラーの熱を生産している。フル稼働時には、この工場はエタノールとメタノールの製造プロセスで使用される化石燃料の90％を置き換えることが期待されている。^{[58] [59]}

カリフォルニア州では、サザンカリフォルニアガス社が既存の天然ガスパイプラインにバイオガスを混合することを提唱している。しかし、カリフォルニア州当局はバイオガスは「航空、重工業、長距離トラック輸送など、電化が難しい経済分野で利用した方がよい」との立場を取っている。^[60]

ヨーロッパでは開発レベルに大きなばらつきがある。ドイツ、オーストリア、スウェーデン、イタリアなどの国ではバイオガスの利用がかなり進んでいるが、ヨーロッパ大陸の他の国々、特に東ヨーロッパではこの再生可能エネルギー源に大きな可能性がある。MT -Energieは再生可能エネルギーの分野で事業を展開しているドイツのバイオガス技術会社である。^[61]さまざまな法的枠組み、教育制度、技術の可用性が、この未開発の可能性の背後にある主な理由である。^[62]バイオガスのさらなる進歩に対するもう1つの課題は、国民の否定的な認識である。^[63]

2009年2月、欧州バイオガス協会（EBA）は、欧州における持続可能なバイオガスの生産と利用の展開を促進するための非営利団体としてブリュッセルに設立されました。EBAの戦略は、バイオガスを欧州のエネルギーミックスの重要な一部として確立すること、ガスの潜在的可能性を高めるために家庭ごみの分別を促進すること、車両燃料としてのバイオメタン生産を支援することという3つの優先事項を定義しています。2013年7月、欧州全土の24か国から60の会員が参加しました。^[64]

2013年9月現在^[update]、英国には約130の非下水バイオガスプラントがあります。そのほとんどは農場内にありますが、農場外にも食品や消費者の廃棄物を扱う大規模な施設があります。^[65]

2010年10月5日、バイオガスが初めて英国のガス供給網に投入された。オックスフォードシャーの3万世帯以上の下水はディドコット下水処理場に送られ、嫌気性消化槽で処理されてバイオガスが生成され、その後浄化されて約200世帯にガスが供給される。^[66]

2015年にグリーンエネルギー企業エコトリシティは、送電網に注入する消化槽3基を建設する計画を発表した。^[67]

イタリアでは、有利な飼料関税の導入により、2008年にバイオガス産業が始まりました。その後、固定価格買い取り制度に置き換えられ、副産物や農業廃棄物が優先され、2012年以降、バイオガス生産とそこから得られる熱と電力は停滞しました。^[68] 2018年9月現在^[update]、イタリアには200を超えるバイオガスプラントがあり、約1.2GWの生産量があります^{[69] [70] [71]}

ドイツはヨーロッパ最大のバイオガス生産国であり^[72]、バイオガス技術のマーケットリーダーでもある。^[73] 2010年には、全国で5,905のバイオガスプラントが稼働しており、ニーダーザクセン州、バイエルン州、東部の連邦州が主な地域である。^[74]これらのプラントのほとんどは発電所として利用されている。通常、バイオガスプラントは、バイオメタンを燃焼させて電力を生成するCHPに直接接続されています。電力はその後、公共の電力網に供給されます。^[75] 2010年のこれらの発電所の総設置電力容量は2,291MWでした。^[74]電力供給は約12.8TWhで、これは生成された再生可能電力全体の12.6％です。^[76]

ドイツにおけるバイオガスは、主にエネルギー作物（ドイツ語で再生可能資源を意味する「ナワロ」の略）と肥料を混ぜて発酵させることで抽出される。使用される主な作物はトウモロコシである。有機廃棄物や、食品産業からの廃棄物などの産業廃棄物や農業廃棄物もバイオガス生成に利用されている。^[77]この点において、ドイツのバイオガス生産は、埋立地から生成されるバイオガスが最も一般的である英国とは大きく異なる。^[72]

ドイツにおけるバイオガス生産は、過去20年間で急速に発展した。主な理由は、法的に確立された枠組みである。再生可能エネルギーに対する政府の支援は、1991年に電力固定価格買い取り法（StrEG）によって始まった。この法律は、再生可能エネルギー源からのエネルギー生産者に公共の電力網への供給を保証し、電力会社はグリーンエネルギーの独立した民間生産者から生産されたエネルギーをすべて引き取らざるを得なくなった。^[78] 2000年に電力固定価格買い取り法は再生可能エネルギー源法（EEG）に置き換えられた。この法律は、生産された電力に対して20年間にわたって固定の補償さえ保証した。約8セント/kWhの金額は、 農家にエネルギー供給者となり、さらなる収入源を得る機会を与えた。^[77]

ドイツの農業バイオガス生産は、2004年にいわゆるナワロボーナスの導入によりさらに促進された。これは、再生可能資源、つまりエネルギー作物の使用に対して支払われる特別給付である。^[79] 2007年にドイツ政府は、「統合気候エネルギープログラム」によって、深刻化する気候問題と高騰する石油価格への答えを提供するために、再生可能エネルギー供給の改善にさらなる努力と支援を投資する意向を強調した。

再生可能エネルギーの推進というこの継続的な傾向は、再生可能エネルギー供給の管理と組織化に直面する多くの課題を引き起こし、バイオガス生産にもいくつかの影響を与えています。^[80]注目すべき最初の課題は、バイオガス電力供給の面積消費量が大きいことです。2011年、バイオガス生産のためのエネルギー作物は、ドイツで約80万ヘクタールの面積を消費しました。^[81]農業地域のこの高い需要は、これまで存在しなかった食品産業との新たな競争を生み出します。さらに、主に農村地域で新しい産業と市場が創出され、経済的、政治的、市民的背景を持つさまざまな新しいプレーヤーが関与しています。この新しいエネルギー源が提供するすべての利点を得るには、彼らの影響と行動を管理する必要があります。最後に、適切なガバナンスに重点を置けば、バイオガスはドイツの再生可能エネルギー供給においてさらに重要な役割を果たすでしょう。^[80]

家庭用バイオガスプラントは、家畜の排泄物と下水をバイオガスとスラリー（発酵した肥料）に変換する。この技術は、1日に50kgの糞尿を生産する家畜を飼育する小規模農家にとって実行可能であり、これは豚6頭または牛3頭分に相当する。この糞尿は収集可能で、水と混ぜてプラントに供給できる必要がある。トイレも接続できる。もう1つの前提条件は、発酵プロセスに影響を与える温度である。最適温度は36℃で、この技術は特に熱帯（亜）気候の地域に住む人々に当てはまる。そのため、この技術は発展途上国の小規模農家にとって適していることが多い。^[82]

大きさと場所によりますが、典型的なレンガ造りの固定ドーム型バイオガスプラントは、アジア諸国では300～500ドル、アフリカでは最大1400ドルの投資で、農村部の家庭の庭に設置できます。^[83]高品質のバイオガスプラントは、最小限のメンテナンスコストで、少なくとも15～20年間は大きな問題や再投資なしにガスを生産できます。ユーザーにとって、バイオガスはクリーンな調理エネルギーを提供し、室内の空気汚染を減らし、特に女性や子供にとって伝統的なバイオマス収集に必要な時間を短縮します。スラリーはクリーンな有機肥料であり、農業の生産性を高める可能性があります。^[82]発展途上国では、バイオガスの使用により、薪による温室効果ガス排出量と比較して、温室効果ガス排出量が20％削減されることも判明しました。さらに、動物1頭あたり384.1 kg CO2-eq·y−1の温室効果ガス排出量を防ぐことができます。^[84]

エネルギーは現代社会の重要な部分であり、社会経済発展の最も重要な指標の一つとして機能しうる。技術が進歩したにもかかわらず、発展途上国の農村部を中心に約30億人が、薪、作物残渣、動物の糞などのバイオマス資源を粗末な伝統的なストーブで燃やすという伝統的な方法で調理に必要なエネルギーを確保し続けている。^[85]

家庭用バイオガス技術は、世界の多くの地域、特にアジアでは実証済みで確立された技術です。^{[86]この地域のいくつかの国では、中国[87]}やインドなど、家庭用バイオガスに関する大規模なプログラムに着手しています。

オランダ開発機構（SNV）^[88]は、国内バイオガスに関する国家プログラムを支援しており、その目的は、地元企業が家庭用バイオガスプラントの販売、設置、サービスを行う商業的に実現可能な国内バイオガス部門を確立することである。アジアでは、SNVはネパール^[89]、ベトナム[ ^90]、^{[91] 、バングラデシュ[92]}、ブータン、カンボジア^[92] 、ラオス^[93] 、パキスタン^[94]、インドネシア^[95]で活動しており、アフリカでは、ルワンダ^[96]、セネガル、ブルキナファソ、エチオピア^[97] 、タンザニア^[98]、ウガンダ、ケニア^[99] 、ベナン、カメルーンで活動している。

南アフリカでは、既製のバイオガスシステムが製造・販売されている。その重要な特徴の一つは、消化タンクが既製のプラスチック製であるため、設置にそれほど熟練を必要とせず、より迅速に設置できることである。^[100]

インドのバイオガス^[101]は伝統的に酪農堆肥を原料としており、これらの「ゴバー」ガスプラントは特にインドの農村部で長期間稼働しています。過去2〜3十年の間に、農村部のエネルギー安全保障に重点を置く研究機関はシステムの設計を強化し、ディーナバンドゥモデルなどの新しい効率的で低コストの設計を生み出しました。

ディーナバンドゥ モデルは、インドで人気の新しいバイオガス生産モデルです。(ディーナバンドゥは「無力な人の友」を意味します。) このユニットの容量は通常 2 ～ 3 立方メートルです。レンガまたはフェロセメント混合物を使用して構築されます。インドでは、レンガ モデルはフェロセメント モデルよりもわずかに高価ですが、インドの新再生可能エネルギー省は、構築されたモデルごとにいくらかの補助金を提供しています。

バイオガスは主にメタン/天然ガスで、メチロコッカス・カプスラタス菌を培養することで、小さな土地と水資源で村々でタンパク質が豊富な牛、鶏、魚の飼料を経済的に生産するために使用することもできます。^{[102] [103] [104]}これらの植物から副産物として生成される二酸化炭素ガスは、特にインドのような熱帯の国で藻類養殖からの藻類油やスピルリナのより安価な生産に使用でき、近い将来に原油の主要な地位に取って代わる可能性があります。^{[105] [106]}インド連邦政府は、農村部の農業廃棄物やバイオマスを生産的に利用して農村経済と雇用の可能性を高めるための多くの計画を実施しています。^{[107] [108]これらの植物により、非食用バイオマスまたは食用バイオマスの廃棄物は、水質汚染や}温室効果ガス（GHG）排出なしに高価値の製品に変換されます。^[109]

LPG（液化石油ガス）はインドの都市部における主要な調理燃料であり、その価格は世界の燃料価格とともに上昇している。また、歴代政府が家庭用調理燃料としてLPGを推進するために提供した多額の補助金は財政的負担となり、都市部の施設では調理燃料の代替としてバイオガスに再び注目が集まっている。このため、建設に長い時間を要するRCCやセメント構造物と比較して、モジュール式のプレハブ消化槽が開発されている。Biourjaプロセスモデル^[110]などのプロセス技術に再び注目が集まったことで、主要な調理燃料としてのLPGの潜在的な代替として、インドにおける中規模および大規模嫌気性消化槽の地位が高まっている。

インド、ネパール、パキスタン、バングラデシュでは、小規模な消化施設で糞尿を嫌気性消化して生成されるバイオガスはゴバーガスと呼ばれています。インドでは 200 万世帯以上、バングラデシュでは 5 万世帯以上、パキスタン、特に北パンジャブでは畜産業の盛んなことから数千世帯にこのような施設があると推定されています。消化槽は、パイプ接続されたコンクリート製の密閉円形ピットです。糞尿は通常、牛舎から直接ピットに送られます。ピットには必要な量の廃水が満たされます。ガス管は、制御バルブを介してキッチンの暖炉に接続されています。このバイオガスの燃焼では、臭いや煙がほとんど発生しません。村での導入が簡単で安価な原材料を使用できることから、農村部のニーズに応える最も環境に優しいエネルギー源の 1 つです。このようなシステムの 1 つに、Sintex消化槽があります。いくつかの設計では、バイオガスプラントで生成されたスラリーをさらに強化して堆肥として使用するために、ミミズ栽培を使用しています。 ^[111]

パキスタンでは、農村支援プログラムネットワークがパキスタン国内バイオガスプログラム^{[112]を運営しており、5,360のバイオガスプラント[113]}を設置し、200人以上の石工に技術研修を行い、パキスタンのバイオガス部門の発展を目指しています。

ネパールでは、国内にバイオガス工場を建設するための補助金を政府が支給している。

少なくとも2023年時点で、中国は家庭用バイオガスの世界最大の生産国であり、最大の消費国でもある。^{[114] : 172}

中国では1958年からバイオガスの利用を実験してきた。1970年頃、中国は農業の効率化を目指して600万基の消化槽を設置した。ここ数年、技術は急成長を遂げている。これは農業廃棄物からバイオガスを生成する最も初期の開発と思われる。^[115]

中国における農村バイオガス建設は、開発の傾向が高まっている。急速な経済発展と中国の深刻な煙霧状態によるエネルギー供給の急激な増加により、バイオガスは農村地域にとってより環境に優しいエネルギーとなった。河北省清県では、作物のわらを主原料としてバイオガスを生成する技術が現在開発されている。^[116]

中国には2007年までに2650万のバイオガスプラントがあり、105億立方メートルのバイオガスを生産していました。年間バイオガス生産量は2010年に2480億立方メートルに増加しました。^[117]中国政府は農村部のバイオガスプロジェクトを支援し、資金を提供してきました。^[118] 2023年現在、3000万以上の中国の農村世帯がバイオガス消化装置を使用しています。^{[114] : 172}

冬季には、中国北部のバイオガス生産量は減少します。これは、消化槽の熱制御技術が不足しており、寒冷な環境では異なる原料の共消化が完了しないことが原因です。^[119]

ザンビアの首都ルサカには200万人の住民がおり、その半数以上が都市近郊に住んでいる。この人口の大半は便所として汲み取り式便所を使用しており、年間約22,680トンの排泄物汚泥が発生している。この汚泥は適切に管理されておらず、発生した排泄物汚泥の60%以上が住宅環境に残っており、環境と公衆衛生の両方に悪影響を及ぼしている。^[120]

バイオガスの研究と実施は1980年代に始まっているが、ザンビアはサハラ以南のアフリカにおけるバイオガスの採用と利用において遅れをとっている。調理や照明用のエネルギー供給には、動物の糞尿と作物の残渣が必要である。資金不足、バイオガスに関する政策、規制枠組み、戦略の欠如、投資家にとって不利な金融政策、専門知識の不足、指導者、金融機関、地元住民の間でのバイオガス技術の利点に対する認識の欠如、地元住民の文化や伝統による変化への抵抗、バイオガス消化装置の設置と維持にかかる高額な費用、不十分な研究開発、設置された消化装置の不適切な管理と監視の欠如、炭素市場の複雑さ、インセンティブと社会的平等の欠如は、ザンビアにおける国内バイオガス生産の獲得と持続可能な実施を妨げている課題の一部である。^[121]

• 世界バイオガス協会 (https://www.worldbiogasassociation.org/)
• アメリカバイオガス協議会 (https://americanbiogascouncil.org/)
• カナダバイオガス協会 (https://www.biogasassociation.ca/)
• 欧州バイオガス協会^[122]
• ドイツバイオガス協会^[123]
• インドバイオガス協会^[124]

1985 年のオーストラリア映画「マッドマックス サンダードーム」では、終末後の集落バーター タウンは養豚場を基盤とした中央バイオガス システムによって電力を供給されています。電力を供給するだけでなく、メタンはバーターの車両の動力源としても使用されます。

「カウタウン」^[要説明]は1940年代初頭に執筆され、牛の糞尿で大きく発展した都市の苦難と、その結果生じるメタンバイオガスによってもたらされた困難について論じている。市外の町から来たエンジニア、カーター・マコーミックは、このガスを利用して都市を窒息させるのではなく、電力供給に役立てる方法を見つけるために派遣された。^[要出典]

現代のバイオガス生産は、新しい技術の開発を活用して、熟練した雇用の新たな機会を提供しています。^[125]

• バイオガス開発に関する最新ガイドブック。国連、ニューヨーク、(1984)エネルギー資源開発シリーズ第27号。178ページ、30cm。
• 本: 廃棄物と再生可能資源からのバイオガス。 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA、(2008) ディーター・デューブラインとアンジェリカ・シュタインハウザー
• 中国のシェールガスと米国の非在来型燃料開発の比較: 健康、水、環境リスク、パオロ・ファラーとリカルド・トレモラーダ著。これは、バーモント・ロー・スクール主催の 2013 年環境研究会議で発表された論文です (2013 年 10 月 11 日)
• マルカイム、ウリ（ 1992）。持続可能な開発のためのバイオガスプロセス。FAO。ISBN 978-92-5-103126-1。
• Woodhead Publishing Series。(2013)バイオガスハンドブック: 科学、生産、応用 。ISBN 978-0857094988 
• ムスタファ、モハマド Y.カレイ、ラジニッシュ K.ロマン、E. (2016)。 「有機廃棄物からのバイオガス – ケーススタディ」。プロセディアエンジニアリング。146 : 310–317 .土井: 10.1016/j.proeng.2016.06.397。hdl : 10037/10459。
• Lazenby, Ruthie (2022 年 8 月 15 日)。「堆肥バイオガスの再考: 公平性を促進し、気候と環境を保護するための政策上の考慮事項」(PDF)。2022 年 10 月 19 日に閲覧。
• Abanades, S.; Abbaspour, H.; Ahmadi, A.; Das, B.; Ehyaei, MA; Esmaeilion, F.; El Haj Assad, M.; Hajilounezhad, T.; Jamali, DH; Hmida, A.; Ozgoli, HA; Safari, S.; AlShabi, M.; Bani-Hani, EH (2022). 「世界中の法律の枠組みによるバイオガスの生産と使用に関する批判的レビュー」. International Journal of Environmental Science and Technology . 19 (4): 3377– 3400. Bibcode :2022JEST...19.3377A. doi : 10.1007/s13762-021-03301-6 . PMC  8124099 . PMID  34025745.
• ジャミール、モハメッド・カリール。ムスタファ、モハメッド・アフメド。アーメド、ハッサン・サフィ。モハメッド、アミラ・ジャシム。ガージー、ハメード。シャキール、マハ・ヌーリ。ラワス、アムラン・メザー。モハメッド、サード・クドゥル。イダン、アミール・ハッサン。マフムード、ザイド・H.サヤディ、ハミドレザ。イーサン州キアンファール（2024）。 「バイオガス: 生産、特性、用途、経済性、および課題: レビュー」。化学の結果。7 : 101549.土井: 10.1016/j.rechem.2024.101549。