再生可能燃料

再生可能燃料は、再生可能な資源から生産される燃料です。例としては、バイオ燃料（燃料として使用される植物油、エタノール、クリーンエネルギーと二酸化炭素[ ^1]またはバイオマスからのメタノール、バイオディーゼルなど）、水素燃料（再生可能プロセスで生産される場合）、周囲の二酸化炭素と水から生成される完全合成燃料（エレクトロ燃料とも呼ばれる）などがあります。これは、天然ガス、LPG（プロパン）、石油、その他の化石燃料、原子力エネルギーなどの再生不可能な燃料とは対照的です。再生可能燃料には、風力や太陽光などの再生可能エネルギー源から合成された燃料が含まれます。再生可能燃料は、持続可能性、炭素循環への寄与の低さ、場合によっては温室効果ガスの量が少ないことから人気が高まっています。これらの燃料の地政学的影響も、特に中東の石油からの独立を望む先進国にとって興味深いものです。

国際エネルギー機関の2006 年世界エネルギー展望は、石油需要の高まりを放置すれば、消費国が深刻な供給途絶とそれに伴う価格ショックに脆弱になるだろうと結論付けている。輸送用の再生可能バイオ燃料は、石油製品からの多様化の重要な源泉である。温帯地域の穀物やビートからのバイオ燃料は役割を果たしているが、比較的高価であり、エネルギー効率と CO2_削減のメリットは一定ではない。サトウキビやその他の生産性の高い熱帯作物からのバイオ燃料は、はるかに競争力があり有益である。しかし、すべての第 1 世代バイオ燃料は、最終的には土地、水、その他の資源をめぐって食料生産と競合する。バイオリファイナリーやリグノセルロースなどの第 2 世代バイオ燃料技術を開発して商業化するには、さらなる努力が必要である。これらの技術により、非食用植物材料からバイオ燃料やその他の製品を柔軟に生産することができる。^[2]

ハバートのピークオイル理論は、石油が急速に枯渇している有限資源であることを示唆している。世界の残りの石油埋蔵量は約1,277,702,000,000バレル（203.1384 km ³）（元の処女埋蔵量の約半分）であり、世界での年間使用量は25,000,000,000バレル（4.0 km ^{3 ）であるが、現在の枯渇率では約50年分の}石油しか残らないと予測されている。石油は、燃料（家庭用暖房、ジェット燃料、ガソリン、ディーゼルなど）、輸送、農業、製薬、プラスチック/樹脂、人造繊維、合成ゴム、爆薬などの産業に不可欠である。現代世界がエネルギー源として石油に依存し続けると、原油価格が大幅に上昇し、世界中の経済が不安定になる可能性がある。その結果、再生可能燃料の推進要因としては、高原油価格、貿易の不均衡、世界の石油輸出地域の不安定さ、2005年のエネルギー政策法、アメリカの農家と産業の思わぬ利益の可能性、経済不況の回避、 2021年にも始まると予想される不安定な「ピークオイル」シナリオによる製品不足の回避、 ^{[3] （ピークオイルは新しい考えではないが）、そして前例のない}気候変動をもたらす可能性のある地球温暖化の鈍化などが挙げられます。

さらに、人為的な温室効果ガスの排出が気候変動を引き起こしているという結論と、地域の地政学的不安定性により、各国は代替エネルギー源とカーボンニュートラルなエネルギー源の両方を開発するよう行動を起こすよう求められています。そのため、持続可能なエネルギーの自立を貴重な資産と 見なし始めている多くの政府にとって、再生可能燃料は魅力的になりつつあります。

2007年12月19日、ブッシュ大統領はエネルギー独立安全保障法に署名し、2022年までに少なくとも360億米ガロン（1億4000万立方メートル）の再生可能燃料を市場で使用することを義務付けた。^[ 4 ^]

国際エネルギー機関（IEA）によると、セルロースエタノールの商業化により、エタノール燃料は将来、これまで考えられていたよりもはるかに大きな役割を果たすようになる可能性がある。 ^[5]セルロースエタノールは、ほとんどの植物の茎や枝を形成する主に食用ではないセルロース繊維からなる植物質から作ることができる。スイッチグラスなどの専用エネルギー作物も、米国の多くの地域で生産できる有望なセルロース源である。^[6]

バイオ燃料は、生物学的炭素固定からエネルギーを得るタイプの燃料です。バイオ燃料に は、バイオマス変換から得られる燃料、 固体バイオマス、液体燃料、さまざまなバイオガスが含まれます。^[7]化石燃料は古代の炭素固定に起源がありますが、非常に長い間炭素循環から「外れた」炭素を含むため、一般に受け入れられている定義ではバイオ燃料とは見なされません。石油価格の高騰、エネルギー安全保障の必要性、化石燃料からの温室効果ガス排出への懸念、政府補助金による支援などの要因により、バイオ燃料は一般大衆と科学者の注目を集めています。

バイオエタノールは発酵によって作られるアルコールで、主にトウモロコシやサトウキビなどの砂糖やデンプン質の作物から生成される炭水化物から作られます。 樹木や草などの非食用資源から得られる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されています。エタノールは純粋な形で自動車の燃料として使用できますが、通常はオクタン価を高めて自動車の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。バイオエタノールは米国とブラジルで広く使用されています。現在のプラント設計では、植物原料の リグニン部分を発酵によって燃料成分に変換することは考慮されていません。

バイオディーゼルは植物油と動物性脂肪から作られています。バイオディーゼルは純粋な形で自動車の燃料として使用できますが、通常はディーゼル車の粒子状物質、一酸化炭素、炭化水素のレベルを下げるためのディーゼル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使用して油または脂肪から生成され、ヨーロッパで最も一般的なバイオ燃料です。

2010年の世界のバイオ燃料生産量は1050億リットル（280億米ガロン）に達し、2009年から17％増加し、バイオ燃料は世界の道路輸送燃料の2.7％を供給し、その大部分はエタノールとバイオディーゼルで構成されていました。^[8] 2010年の世界のエタノール燃料生産量は860億リットル（230億米ガロン）に達し、米国とブラジルが世界最大の生産国であり、2つで世界の生産量の90％を占めています。世界最大のバイオディーゼル生産国は欧州連合で、2010年のバイオディーゼル生産量の53％を占めました。^[8] 2011年現在、31か国で国家レベル、29の州/省でバイオ燃料の混合が義務付けられています。^[9]国際エネルギー機関 によると、バイオ燃料は2050年までに世界の輸送燃料需要の4分の1以上を満たす可能性がある。^[10]

熱分解油はバイオマスのリグノセルロース部分から得られる別のタイプの燃料です。酸素のない状態でバイオマスを急速に加熱することにより（熱分解）、液体の原油が形成され、さらに加工して使用可能なバイオオイルになります。他のバイオ燃料とは対照的に、熱分解油はバイオマスの非食用部分を使用し、数ミリ秒のオーダーで生成でき、大型の発酵リアクターを必要とせずに生成できます。^[11]

水素燃料とは、水素ガス（H2 _）をエネルギーキャリアとして使用することです。再生可能水素燃料の生産は、大まかに言えば、生物学的生産と化学的生産の2つの一般的なカテゴリに分けられます。^[12]これは現在研究されている分野であり、新しい開発と技術により、この分野は急速に進化しています。

水素燃料の生物学的生産は、少なくとも1970年代から研究対象となっている。水素ガスは、農業残渣や森林残渣、消費者廃棄物、その他の特定の農作物などのバイオマス源から生産することができる。^{[12]具体的には、水素燃料は、バイオマスを可燃性ガスに加工してから燃焼させる}ガス化と呼ばれるプロセス、または燃料電池用途に適した水素ガスを生成する関連プロセスである熱分解によって生産される。継続的な研究テーマの1つは、これら2つのプロセスにおける望ましくない副産物の生成に関するものである。他の汚染ガスの存在は、バイオマス源の特定の組成に依存することが多く、制御が難しい場合がある。^{[12]水素燃料の生物学的生産のもう1つの源は}藻類である。1990年代後半、藻類から硫黄が奪われると、通常の光合成のような酸素の生成から水素の生成に切り替わることが発見された。^[13]実験的な藻類農場では、藻類を経済的に実現可能なエネルギー源にしようと試みている。^[14]

水素を製造するための物理化学的方法もいくつかありますが、そのほとんどは水の電気分解を必要とします。このプロセスが風力タービンや太陽電池などの再生可能エネルギー源から電力を得る場合、生産には再生不可能な資源の消費がほとんど必要ありません。風力や太陽光発電などの再生可能なエネルギー源によって生成される水素燃料は、グリーン水素として知られる再生可能燃料^[12]です。

エレクトロフューエルは、e-フューエルまたは合成燃料とも呼ばれ、ドロップイン代替燃料の一種です。捕獲された二酸化炭素または一酸化炭素と、風力、太陽光、原子力などの持続可能な電力源から得られる 水素を使用して製造されます。

このプロセスでは製造時に二酸化炭素を使用し、燃料が燃焼するとほぼ同量の二酸化炭素が大気中に放出されるため、全体的な炭素排出量は低くなります。したがって、電気燃料は、特に長距離貨物、海上輸送、航空輸送において、輸送による温室効果ガスの排出を削減する選択肢となります。この分野では、オックスフォード近郊のビスター・ヘリテージに開発生産工場を建設中の 英国企業ゼロなど、いくつかの新興企業が製品を開発しています。

加工燃料（PEF）^{[要説明]は、}セメント窯における化石燃料の部分的な代替品です。PEFは発熱量が非常に高く、高燃焼施設で石炭やガスの燃料代替として使用できます。PEF施設は通常、廃棄物を埋め立て地から転用し、再生不可能な石炭の需要を減らし、埋め立て地への廃棄物を減らします。^[要出典]

• 電気燃料
• IRENA
• 電力からガスへ
• 再生可能天然ガス
• 太陽燃料
• 合成ガス

• ウィキメディア・コモンズの再生可能燃料に関するメディア