再生可能エネルギー
Energy collected from renewable resources

再生可能エネルギーの例：スペインの溶融塩蓄熱式集光型太陽熱発電、南アフリカの風力エネルギー、中国の揚子江にある三峡ダム、スコットランドのバイオマス発電所
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A car drives past 4 wind turbines in a field, with more on the horizon
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再生可能エネルギー（グリーンエネルギーとも呼ばれる）は、人間の時間スケールで補充される再生可能な天然資源から作られるエネルギーです。最も広く利用されている再生可能エネルギーの種類は、太陽エネルギー、風力、水力です。バイオエネルギーと地熱も一部の国では重要です。原子力を再生可能エネルギー源と考える人もいますが、原子力は再生不可能な資源であるウランの採掘を必要とするため、これは議論の余地があります。再生可能エネルギー施設は大規模でも小規模でもあり、都市部と農村部の両方に適しています。再生可能エネルギーは、多くの場合、さらなる電化と併せて導入されます。これにはいくつかの利点があります。電気は熱と車両を効率的に移動でき、消費時点でクリーンです。[1] [2]変動性のある再生可能エネルギー源は、風力や太陽光発電などの変動性のあるものです。対照的に、制御 可能な再生可能エネルギー源には、ダム水力発電、バイオエネルギー、地熱発電などがあります

2023年における各地域における再生可能エネルギー生産上位国における各種エネルギー源の割合
2023年の各地域における再生可能エネルギー生産上位国における各種エネルギー源の割合

再生可能エネルギーシステムは、過去30年間で急速に効率化と低価格化が進んでいます。[3]現在、世界中で新たに設置された電力容量の大部分は再生可能エネルギーです。[4]太陽光や風力などの再生可能エネルギー源は、過去10年間でコストが大幅に低下し、従来の化石燃料との競争力が高まっています。[5]地域によっては、太陽光発電や陸上風力発電が最も安価な新規電力となっています。[6] 2011年から2021年にかけて、再生可能エネルギーは世界の電力供給の20%から28%に増加しました。この増加の大部分は太陽光と風力による発電で、合わせて2%から10%に増加しました。化石エネルギーの使用は68%から62%に減少しました。[7] 2024年には、再生可能エネルギーは世界の電力発電量の30%以上を占め、2030年までに45%を超えると予測されています。[8] [9]多くの国では、すでに再生可能エネルギーが総エネルギー供給量の20%以上を占めており、電力の半分以上、あるいはすべてを再生可能エネルギー源から発電している国もあります。[10] [11]

化石燃料の代わりに再生可能エネルギーを使用する主な動機は、主に温室効果ガスの排出によって引き起こされる気候変動を遅らせ、最終的には食い止めることです。一般的に、再生可能エネルギー源は化石燃料よりもはるかに汚染が少ないです。[12]国際エネルギー機関（IEA）は、2050年までにネットゼロ排出を達成するには、世界の電力の90%を再生可能エネルギーで発電する必要があると推定しています。[13]再生可能エネルギーはまた、化石燃料よりも大気汚染がはるかに少なく、公衆衛生を改善し、騒音も少ないです。[12]

再生可能エネルギーの導入は依然として障害に直面しており、特に化石燃料への補助金[14] 、既存の電力会社によるロビー活動[15]、再生可能エネルギー施設のための土地利用に対する地元の反対[16] [17]などが挙げられます。すべての鉱業と同様に、多くの再生可能エネルギー技術に必要な鉱物の採掘も環境破壊をもたらします。[18]さらに、ほとんどの再生可能エネルギー源は持続可能ですが、そうでないものもあります

概要

定義

再生可能エネルギーは、通常、継続的に発生する自然現象から得られるエネルギーと理解されています。国際エネルギー機関（IEA）は、これを「消費されるよりも速い速度で補充される自然プロセスから得られるエネルギー」と定義しています。太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱エネルギー、バイオマスが主要な再生可能エネルギーの種類であることは広く認められています。[21]再生可能エネルギーは、発電、温水・暖房、輸送、そして農村（オフグリッド）エネルギーサービスの4つの分野で、従来の燃料に取って代わることがよくあります。[22]

ほぼすべての形態の再生可能エネルギーは化石燃料よりもはるかに少ない炭素排出量をもたらしますが、この用語は低炭素エネルギーと同義ではありません。原子力などの一部の非再生可能エネルギー源は[矛盾]ほとんど排出物を生成しませんが、一部の再生可能エネルギー源は、新しい植物を植えることによって相殺されない限り、バイオマスの燃焼など、非常に炭素集約的になる可能性があります。[12]再生可能エネルギーは、将来の人類の世代への全体的な恒久的な影響に基づいてエネルギー源をグループ化しようとする、より抽象的な概念である持続可能なエネルギーとも異なります。例えば、バイオマスは持続不可能な森林伐採と関連付けられることがよくあります。[23]

気候変動への取り組みにおける役割

気候変動を抑制するための世界的な取り組みの一環として、ほとんどの国が温室効果ガスの排出量を実質ゼロにすることを約束しています。[24]実際には、これは化石燃料を段階的に廃止し、低排出のエネルギー源に置き換えることを意味します。[12]エネルギーの追加を含む他の移行プロセスとは対照的に、「低炭素代替」[25]と呼ばれるこの非常に必要なプロセスは、気候変動を効果的に緩和するために複数回加速する必要があります。[25] 2023年の国連気候変動会議では、世界の約4分の3の国が2030年までに再生可能エネルギーの容量を3倍にするという目標を設定しました。[26]欧州連合は、同年までに電力の40%を再生可能エネルギーで発電することを目指しています。[27]

その他の利点

再生可能エネルギーは、限られた数の国に集中している化石燃料よりも世界中に均等に分配されています。[28]また、化石燃料の燃焼による大気汚染を軽減することで健康上のメリットももたらします。世界中の医療費の潜在的な節約額は、年間数兆ドルと推定されています。[29]

間欠性

太陽光やその他の再生可能エネルギーからのエネルギーは、位置エネルギーに変換され、電池などの機器に蓄えられます。蓄えられた位置エネルギーは、元のエネルギー源が利用できない場合でも、電力網に追加される電力に変換されます。
2012年5月と2020年5月のドイツにおける1週間の電力需要の推定値。太陽光発電と風力発電の変動を日ごとおよび月ごとに示しています

再生可能エネルギーの最も重要な2つの形態である太陽光と風力は、間欠的なエネルギー源です。これらは常に利用できるわけではないため、設備利用率が低くなります。対照的に、化石燃料発電所、原子力発電所、水力発電は通常、特定の時間に電力網が必要とするエネルギー量を正確に生産することができます。太陽エネルギーは日中のみ、理想的には雲のない状態でのみ捕捉できます。風力発電の発電量は、日ごとだけでなく、月ごとにも大きく変動する可能性があります。[30]これは、化石燃料からの移行において課題となります。エネルギー需要は、再生可能エネルギーが供給できる量よりも高くなったり低くなったりすることがよくあります。[31]

中期的には、この変動性により、十分なエネルギー貯蔵、デマンドレスポンス、系統改善、または非間欠性電源からのベースロード電源が確保されるまで、一部のガス火力発電所またはその他のディスパッチ可能な電源を待機状態に保つ必要がある場合があります[32] [33]。長期的には、エネルギー貯蔵は間欠性に対処するための重要な方法です[34] 。多様な再生可能エネルギー源とスマートグリッドの利用も、需給の平準化に役立ちます[35] 。

発電部門と他の部門のセクターカップリングは柔軟性を高める可能性があります。例えば、輸送部門は電気自動車を充電し、車両から系統に電気を送ることでカップリングできます[36]。同様に、産業部門は電気分解によって生成される水素によって、建物部門は暖房と冷房のための熱エネルギー貯蔵によってカップリングできます[37 ] 。

風力発電と太陽光発電の過剰容量を構築することで、悪天候時でも十分な電力生産を確保できます。最適な天候では、余剰電力を使用または貯蔵できない場合は、エネルギー発電を削減する必要があるかもしれません[39]

電気エネルギー貯蔵

電気エネルギー貯蔵は、電気エネルギーを貯蔵するために使用される一連の方法である。電気エネルギーは、生産量（特に風力、潮力、太陽光発電などの間欠的な電源）が消費量を上回っている間に貯蔵され、生産量が消費量を下回ったときに送電網に戻される。揚水発電は、すべての送電網電力貯蔵の85%以上を占めている。[40]バッテリーは、貯蔵[41]、送電網補助サービス[42]、および家庭用貯蔵[43]のためにますます導入されている。 グリーン水素は、揚水発電やバッテリーと比較して、設備投資の面でより経済的な長期再生可能エネルギー貯蔵手段である。[44] [45]

エネルギー供給

再生可能エネルギー源として主に太陽光発電と風力発電の2つが挙げられますが、これらは通常、分散型発電アーキテクチャで導入されており、特定の利点がある一方で特定のリスクも伴います。[46]注目すべきリスクは、太陽光発電セクターにおいてサプライチェーンの90%が1つの国（中国）に集中していることです。[47]遠隔制御、セキュリティ上の脆弱性、バックドアを備えた太陽光発電インバータの大量導入は、サイバー攻撃を引き起こし、物理的に分散された数百万枚のパネルからの発電を無効化し、数百ギガワットの設置電力が一瞬にしてグリッドから消失する可能性があります。[48] [49]同様の攻撃は、遠隔制御および監視システムの脆弱性を介して風力発電所を標的にしています。[50]欧州のNIS2指令は、サイバーセキュリティ規制の範囲をエネルギー発電市場に拡大することで、これらの課題に部分的に対応しています。[51]最近の分析によると、世界の太陽光発電容量は2024年に1テラワットを超え、世界の電力供給の約6～7%を供給する[52]再生可能エネルギーインフラは、熱波、山火事、激しい嵐、洪水など、気候変動に関連する極端な気象現象に対してますます脆弱になっています。太陽光発電所は、長時間の熱や煙の条件下では出力が低下する可能性があり、風力タービンは強風時に停止を余儀なくされたり、着氷や波の作用による損傷を受ける可能性があります。これらの気候関連のストレスは、変動性再生可能エネルギーの割合が高い地域では電力供給の継続を脅かす可能性があります。その結果、政府と送電網運営者は、気候耐性基準を採用し、インフラを強化し、より頻繁かつ厳しい気象条件下でエネルギー安全保障を維持するための緊急対応プロトコルを開発しています。[53]

主流技術

再生可能エネルギーの容量は、太陽光発電を牽引役として着実に増加しています。[54]

太陽エネルギー

設備容量およびその他の主要な設計パラメータ 値と年
世界の発電容量 1419.0 GW (2023年) [55]
世界の発電容量の年間成長率 25% (2014～2023年) [56]
世界の発電量に占める割合 5.5% (2023年) [57]
メガワット時当たり均等化発電原価 大規模太陽光発電：38,343米ドル（2019年）[58]
主要技術 太陽光発電、集光型太陽熱発電、太陽熱集熱器
主な用途 電気、給湯、暖房、換気、空調（HVAC）

2022年には、世界全体で約1.3テラワット時（TWh）の太陽光発電が行われ、[10]世界の電力の4.6%を占めました。この増加はほぼすべて2010年以降に発生しました。 [59]太陽エネルギーは太陽光が当たる場所であればどこでも利用できますが、発電に利用できる太陽エネルギーの量は気象条件、地理的な位置、時間帯によって左右されます。[60]

太陽エネルギーを利用する主な方法は2つあります。太陽エネルギーを熱に変換する太陽熱発電と、それを電気に変換する太陽光発電（PV）です。 [12] PVははるかに普及しており、2022年時点で世界の太陽エネルギー容量の約3分の2を占めています。[61]また、2021年には170GWの新規設置容量が太陽熱発電の25GWと比較してはるかに速いペースで成長しており、[62] 太陽熱発電の25GWと比較してはるかに速いペースで成長しています。

パッシブソーラーとは、建物内の太陽熱の分布を最適化することを目的としたさまざまな建設戦略と技術を指します。例としては、ソーラーチムニー[12]、建物を太陽に向けること、熱を蓄えることができる建築材料の使用、空気が自然に循環する空間の設計などがあります。[63]

2020年から2022年にかけて、太陽光技術への投資は1,620億米ドルから3,080億米ドルへとほぼ倍増しました。これは、特に太陽光発電（PV）におけるセクターの成熟化とコスト削減によるもので、総投資額の90%を占めています。中国と米国が主な投資先であり、2013年以降の太陽光投資全体の約半分を占めています。政策変更とCOVID-19の影響で日本とインドでの投資が減少したにもかかわらず、中国と米国の成長、そしてベトナムの固定価格買い取り制度による大幅な増加がこれらの減少を相殺しました。世界全体では、太陽光セクターは2013年から2021年の間に714ギガワット（GW）の太陽光発電と集光型太陽熱発電（CSP）の容量を追加し、2021年には特に中国、ヨーロッパ、トルコ、メキシコで大規模な太陽熱暖房設備が著しく増加しました[64] 2023年には、パネル価格の下落と世界的な政府によるインセンティブの拡大により、世界の太陽光発電容量は30%近く増加しました。[65]

太陽光発電

スワンソンの法則（設置容量が2倍になるごとに太陽光モジュールの価格が約20%低下するという法則）は、太陽光発電の「学習率」を定義しています。[66] [67]

太陽光発電システムは、パネルに組み立てられた太陽電池で構成され、光電効果によって光を直流電流に変換します。[68] [69]太陽光発電には、再生可能エネルギー技術の中で最も急速に成長しているいくつかの利点があります。安価で、メンテナンスが少なく、拡張性に優れているため、既存の太陽光発電設備に必要に応じて簡単に追加できます。主な欠点は、曇天時の性能が低いことです。[12]

太陽光発電システムは、小規模なものから、住宅や商業施設の屋上や建物に一体化した設備[70] [71] [72]から、大規模な公共事業規模の太陽光発電所[73] [74] [75]まで多岐にわたります。家庭の太陽光パネルはその家庭だけに使用することも、電力網に接続すれば他の何百万ものパネルと統合して使用することもできます。[76] [77] [78]

最初の大規模太陽光発電所は、1982年にカリフォルニア州ヘスペリアにARCOによって建設されました。[79] [80]この発電所は採算が取れず、8年後に売却されました。[81]しかし、その後数十年で、太陽電池は大幅に効率化され、安価になりました。[82]その結果、2010年以降、太陽光発電の導入は飛躍的に増加しました。 [83]世界の発電容量は、2015年末の230GWから2021年には890GWに増加しました。[84] 2016年から2021年の間に中国では太陽光発電が最も急速に成長し、560GWが追加されました。これはすべての先進国の合計を上回ります。[85] 10大太陽光発電所のうち4つは中国にあり、中国最大のゴルムド・ソーラーパークも含まれています。 [86]

太陽光パネルは、電子機器廃棄物を削減し、本来採掘が必要となる材料の供給源を創出するためにリサイクルされていますが[87]、このようなビジネスはまだ規模が小さく、プロセスの改善と規模拡大に向けた取り組みが進められています。[88] [89] [90]

太陽熱

太陽光を直接電気に変換する太陽電池とは異なり、太陽熱システムは太陽光を熱に変換します。鏡やレンズを用いて太陽光を受光器に集光し、受水槽を加熱します。加熱された水は家庭で使用できます。太陽熱の利点は、加熱した水を必要な時まで貯蔵できるため、別途エネルギー貯蔵システムを必要としないことです。[91]太陽熱発電は、加熱水から発生した蒸気を用いて発電機に接続されたタービンを駆動することでも電気に変換できます。しかし、この方法で発電することは太陽光発電所よりもはるかに高価であるため、現在使用されているものはほとんどありません。[92]

フロートボルタイクス

フロートボルタイクス、またはフローティングソーラーパネルは、水面に浮かぶソーラーパネルです。これには長所と短所の両方があります。長所としては、陸上スペースに比べて水面スペースの効率が向上し、価格が下がることが挙げられます。短所としては、フローティングソーラーパネルの製造コストが高くなる可能性があることです。

アグリボルタイクス

アグリボルタイクスとは、土地をエネルギー生産と農業に同時に利用することです。これにも、長所と短所があります。長所としては、土地をより有効に活用できるため、土地コストが削減されます。短所としては、その下で栽培する植物は、ポルカドットプラント、パイナップルセージ、ベゴニアなど、日陰でもよく育つ植物でなければならないことです。[93]アグリボルタイクスは、エネルギー生産と農業の両方から二重の収入源を確保することで、土地利用を最適化し、コストを削減するだけでなく、パネル直下の気温を緩和し、水分の損失を減らし、作物の生育に適した微気候を改善するのにも役立ちます。しかし、日陰効果によって生育できる植物の種類が制限される可能性があるため、慎重な設計と作物の選択が不可欠であり、日陰に強い植物種の使用と革新的な管理方法が必要になります。[94]

風力発電

地域別の風力発電量の推移[95]
イングランド北西部、バーボ
アメリカ合衆国ミネソタ州フェントン風力発電所の日の出
設備容量およびその他の主要な設計パラメータ 値と年
世界の発電容量 1017.2 GW (2023年) [96]
世界の発電容量の年間成長率 13% (2014～2023年) [97]
世界の発電量に占める割合 7.8% (2023年) [57]
メガワット時当たり均等化発電原価 陸上風力：30,165米ドル (2019年) [98]
主要技術 風力タービン、風車
主な用途 電力、揚水（風力ポンプ）

人類は少なくとも紀元前3500年から風力エネルギーを利用してきました。20世紀までは、主に船舶、風車、揚水ポンプの動力源として利用されていました。今日では、風力発電の大部分は風力タービンを用いた発電に利用されています。[12]現代の実用規模の風力タービンの定格出力は約600kWから9MWの範囲です。風から得られる電力は風速の3乗に比例するため、風速が増加すると、出力は特定のタービンの最大出力まで増加します。[99]沖合や高地 など、風がより強く一定している地域は、風力発電所に適した場所です

2015年には、風力発電による電力は世界の電力需要の約4%を賄い、約63GWの新規風力発電設備が設置されました。風力エネルギーは、ヨーロッパ、米国、カナダで新規設備容量の主要な供給源であり、中国では2番目に大きな供給源でした。デンマークでは、風力エネルギーが電力需要の40%以上を賄い、アイルランド、ポルトガル、スペインではそれぞれ約20%を賄いました。[100]

世界的に、風力エネルギーの長期的な技術的潜在能力は、必要なすべての実際的な障壁が克服されたと仮定した場合、現在の世界の総エネルギー生産量の5倍、または現在の電力需要の40倍に達すると考えられています。そのためには、特に洋上など風力資源が豊富な地域において、広大な地域に風力タービンを設置する必要があり、現在使用されている水平軸型風力タービンに加えて、新型VAWTタービンの産業利用も必要となるでしょう。洋上風速は陸上よりも平均で約90%高いため、洋上資源は陸上設置型タービンよりもはるかに多くのエネルギーを供給できます。[101]

風力技術への投資は2020年に1,610億米ドルに達し、陸上風力は2013年から2022年までの総投資の80%を占めました。洋上風力への投資は、主に中国の政策的インセンティブと欧州の拡大により、2019年から2020年の間に410億米ドルとほぼ倍増しました。世界の風力発電容量は2013年から2021年の間に557GW増加し、容量の追加は毎年平均19%増加しました。[64]

水力発電

中国長江の水力発電用三峡ダム
中国三峡ダムと葛州壩ダム
設備容量およびその他の主要な設計パラメータ 値と年
世界の発電容量 1,267.9GW (2023年) [102]
世界の発電容量の年間成長率 1.9% (2014～2023年) [103]
世界の発電量に占める割合 14.3% (2023年) [57]
メガワット時当たり均等化発電原価 65.581億米ドル (2019年) [104]
主要技術 ダム
主な用途 電力、揚水発電、機械動力

水は空気の約800倍の密度があるため、ゆっくりと流れる水流や中程度の海のうねりでも、かなりの量のエネルギーを生み出すことができます。水は約90%の変換効率で発電でき、これは再生可能エネルギーの中で最高の効率です。[105]水力エネルギーには多くの形態があります。

多くの水力発電は柔軟性があり、断続的ではないため、風力や太陽光を補完します。[109] 2021年の世界再生可能水力発電容量は1,360GWでした。[85]世界の推定水力発電ポテンシャル14,000TWh/年のうち、開発されているのは3分の1だけです[110] [111]新たな水力発電プロジェクトは、地域社会の移転や野生生物の生息地、農地への浸水など、その影響が大きいことから、地域社会からの反対に直面しています。[112]そのため、環境・リスクアセスメントを含む許可手続きにかかる費用とリードタイムの​​高騰、そして環境・社会の受容性の欠如が、新規開発における主な課題となっています。[113]老朽化したダムを再発電することで、効率と容量を向上させ、系統への迅速な対応を実現することが一般的です。[114]状況が許せば、1985年に建設されたラッセルダムなどの既存のダムは、揚水発電用の「ポンプバック」設備に更新される可能性があります。これは、ピーク負荷への対応や、風力・太陽光発電の断続的な発電を支援するのに役立ちます。ディスパッチ可能な電力はVREよりも価値が高いため、 [115] [116]カナダやノルウェーなどの大規模な水力発電開発国は、水力発電が限られている近隣諸国との電力取引を行うために、送電網の拡張に数十億ドルを費やしています。[117]

バイオエネルギー

設備容量およびその他の主要な設計パラメータ 値と年
世界の発電容量 150.3GW (2023年) [118]
世界の発電容量の年間成長率 5.8% (2014～2023年) [119]
世界の発電量に占める割合 2.4% (2022年) [57]
メガワット時当たり均等化発電原価 118.908米ドル (2019年) [120]
主要技術 バイオマス、バイオ燃料
主な用途 電気、暖房、調理、輸送用燃料

バイオマスとは、生きている、または最近まで生きていた生物由来の生物学的物質です。一般的には、植物または植物由来の物質を指します。エネルギー源として、バイオマスは燃焼によって直接熱を生成するか、エタノールのようなよりエネルギー密度の高いバイオ燃料に変換することができます。2012年現在、最も重要なバイオマスエネルギー源は木材であり[121] 、通常は造林や防火のために伐採された木から供給されます。都市廃棄物の木材（例えば、建設資材やおがくず）も、エネルギー源として燃焼されることが多々あります[122] 。木材由来のバイオエネルギーの一人当たりの生産量が最も多いのは、フィンランド、スウェーデン、エストニア、オーストリア、デンマークなどの森林が豊富な国です[123] 。

バイオエネルギーは、農作物生産のために原生林が伐採された場合、環境破壊につながる可能性があります。特に、バイオディーゼル生産のためのパーム油の需要は、ブラジルとインドネシアの熱帯雨林の森林破壊の一因となっています。[124]さらに、バイオマスの燃焼は、化石燃料よりもはるかに少ないとはいえ、依然として炭素排出量を排出します（化石燃料の1メガジュールあたり75グラムのCO2に対して、39グラムのCO2 ）。[125]

一部のバイオマス源は、現在の採掘速度（2017年現在）では持続可能ではありません。[126]

フランスの3万世帯に電力を供給する木材を使用したコージェネレーション発電所

バイオ燃料

バイオ燃料は主に輸送に使用されており、2022年には世界の輸送エネルギー需要の3.5%を供給します。[127]これは2010年の2.7%から増加しています。[128] バイオジェットは、長距離飛行からの二酸化炭素排出量の短期的な削減に重要になると予想されています。[129]

木材以外では、バイオエネルギーの主な供給源はバイオエタノールとバイオディーゼルである。[12]バイオエタノールは通常、サトウキビやトウモロコシなどの作物の糖分を発酵させることによって生産されるのに対し、バイオディーゼルは主に大豆油やコーン油などの植物から抽出した油から作られる。[130]バイオエタノールとバイオディーゼルの生産に使用される作物のほとんどは、この目的のために特別に栽培されているが、[131] 2015年の時点で、バイオディーゼルの生産に使用された油のうち14%が使用済みの食用油であった。 [130]バイオ燃料の生産に使用されるバイオマスは地域によって異なります。米国ではトウモロコシが主要な原料であり、ブラジルではサトウキビが主流です。[132]欧州連合（EU）では、バイオディーゼルがバイオエタノールよりも一般的であり、菜種油とパーム油が主な原料です。[133]中国は、バイオ燃料の生産量は比較的少ないものの、主にトウモロコシと小麦を使用しています。[134]多くの国では、バイオ燃料は補助金を受けているか、燃料混合物に含めることが義務付けられています。[124]

ブラジルのエタノール生産のためのサトウキビ農園

よりニッチな、あるいはまだ大規模には実現可能ではないバイオエネルギー源は他にも数多く存在します。例えば、バイオエタノールは、今日一般的に行われているように種子のみからではなく、作物のセルロース部分から生産することができます。 [135] スイートソルガムは、幅広い気候に耐性があるため、バイオエタノールの有望な代替源となる可能性があります。[ 136] 牛糞はメタンに変換できます。[137]また、藻類燃料に関する研究も数多く行われています。藻類は非食用資源であり、ほとんどの食用作物よりも約20倍速く成長し、ほぼどこでも栽培できるため、藻類燃料は魅力的です。[138]

バイオディーゼル燃料のバス

地熱エネルギー

アイスランドのネシャヴェトリル地熱発電所から立ち上る蒸気
米国カリフォルニア州ザ・ガイザーズの地熱発電所
アイスランドのクラフラ地熱発電所
設備容量およびその他の主要な設計パラメータ 値と年
世界の発電容量 14.9GW (2023年) [139]
世界の発電容量の年間成長率 3.4% (2014～2023年) [140]
世界の発電量に占める割合 1%未満 (2018年) [141]
メガワット時当たり均等化発電原価 58.257米ドル (2019年) [142]
主要技術 乾式蒸気発電所、フラッシュ蒸気発電所、バイナリーサイクル発電所
主な用途 電気、暖房

地熱エネルギーは、地球の地殻から抽出される熱エネルギーです。その発生源はいくつかありますが、最も重要なのは地球内部に含まれる鉱物のゆっくりとした放射性崩壊です。[12]また、地球の形成時に残った熱も含まれています。[143]熱の一部は地殻内で地表近くで発生しますが、一部はマントルや核から地球深部へ流れ出ています。[143]地熱エネルギーの抽出は、主にプレート境界に位置し、地球の高温のマントルがより露出している国々で実行可能です。[144] 2023年現在、米国の地熱発電容量は圧倒的に多く（2.7GW、[145]または国の総エネルギー容量の0.2%未満[146]）、インドネシアとフィリピンがそれに続きます。2022年の世界全体の容量は15GWでした。[145]

地熱エネルギーは、ほぼすべてのエネルギーが再生可能エネルギーであるアイスランドのように、直接住宅の暖房に使用することも、発電に使用することもできます。アイスランドは再生可能エネルギーの世界的リーダーであり、火山活動と氷河に由来する豊富な地熱および水力発電資源にほぼ完全に依存しています。[147]小規模では、地熱ヒートポンプを使用して地熱発電を行うこともできます。地熱ヒートポンプは、30℃（86℉）未満の地中温度から熱を取り出すことができるため、数メートルの比較的浅い深さでも使用できます。[144]発電には大規模な発電所と、少なくとも150℃（302℉）の地中温度が必要です。ケニア（43%）やインドネシア（5%）など、一部の国では地熱エネルギーによる電力生産が全体の大部分を占めています。[148]

技術の進歩により、最終的には地熱発電がより広く利用できるようになるかもしれません。例えば、強化地熱システムでは、地中約10キロメートル（6.2マイル）を掘削し、高温の岩石を砕き、水を使って熱を抽出します。理論的には、このタイプの地熱エネルギー抽出は地球上のどこでも行うことができます。[144]

新興技術

他にも、開発中の再生可能エネルギー技術がいくつかあります。例えば、強化地熱システム、集光型太陽熱発電、セルロースエタノール、圧電効果、海洋エネルギーなどです。[149] [150]これらの技術はまだ広く実証されておらず、商業化も限定的です。他の再生可能エネルギー技術に匹敵する潜在能力を持つものもありますが、研究開発とエンジニアリングにおける更なるブレークスルーに依拠しています。[150]

強化地熱システム

強化地熱システム（EGS）は、発電に天然の熱水貯留層や蒸気を必要としない新しいタイプの地熱発電です。掘削範囲内の地下熱のほとんどは、水ではなく固い岩石に閉じ込められています。[151] EGS技術では、水圧破砕法を用いてこれらの岩石を分解し、そこに含まれる熱を放出します。その後、地中に水を注入することで熱を採取します。このプロセスは「高温岩石」（HDR）と呼ばれることもあります。[152]従来の地熱エネルギー抽出とは異なり、EGSは掘削コスト次第で世界中のどこでも実現可能です。[153] EGSプロジェクトは、掘削コストが高いため資本集約的な技術であるため、これまでのところ主に実証プラントに限定されています。[154]

砂電池

砂電池は、熱を吸収するソープストーンで満たされた大きなタンクです。再生可能エネルギーからの余剰熱エネルギーはタンクにパイプで送られ、沸騰水、蒸気、または加熱された空気として放出されます。フィンランドはポルナイネンでこの技術を使用しており、ポーラーナイトエナジーは最大100MWhを貯蔵できる1MWの砂電池を建設し、2025年に稼働を開始しました。[155] [156]

圧電

圧電性とは、燃料源を消費または枯渇させることなく、既存の機械的応力または振動（古典力学）を電荷に変換することである。[157] [158] ピエゾトロニクスは、圧電挙動と半導体挙動の相互作用を可能にし、接触表面でのエネルギー障壁を調整して、電荷キャリアの輸送を制御する。[159]ナノジェネレータの導入以来、マイクロスケールのエネルギーハーベスティングの効率が向上している。たとえば、ナノジェネレータは一般に圧電ナノワイヤで構成される。これらのワイヤが曲がったり圧縮されたりすると、加えられた機械的応力によって材料の結晶格子内のイオンの位置がシフトする。このシフトによってナノワイヤの電荷対称性が崩れ、ナノワイヤの両端で瞬間的な電荷分極（正電荷と負電荷の分離）が発生する。分極すると、電子が接続された電極から解放され、低電力センサーに電力を供給できる交流（AC）電気が発生する。[160] [161] 人工臓器やペースメーカー用のアクチュエータ、薬剤送達や試薬移送用のマイクロポンプなどの圧電微小電気機械システム（ピエゾMEMS）は、医療用途やエネルギーハーベスティングに不可欠です。[162]さらに、圧電共振器や水晶発振器などの特殊な部品は、電気回路の周波数を制御するために使用されます。[163]

海洋エネルギー

韓国の始華潮力発電所の航空写真

海洋エネルギー（海洋エネルギーとも呼ばれる）は、海の波、潮汐、塩分、海水温の差によって運ばれるエネルギーです。流水のエネルギーを利用する技術には、波力発電、海流発電、潮力発電などがあります。逆電気透析（RED）は、大型の発電セルで淡水と塩分を含んだ海水を混合して発電する技術です。[164]ほとんどの海洋エネルギー採取技術はまだ技術成熟度が低く、大規模には利用されていません。潮力エネルギーは一般的に最も成熟していると考えられていますが、広く普及していません。[165]世界最大の潮力発電所は韓国の始華湖にあり、[166]年間約550ギガワット時の電力を生産しています。[167]

地球赤外線熱放射

地球は約10の17乗ワットの赤外線熱放射を放射しており、冷たい宇宙空間に向かって流れています。太陽エネルギーは地球の表面と大気に当たり、熱を生成します。放射エネルギーハーベスター（EEH）や熱放射ダイオードなど、理論上様々な装置を用いることで、このエネルギーの流れを電気に変換することができます。理論的には、この技術は夜間にも使用できます。[168] [169]

その他

藻類燃料

油分（脂肪分）が豊富な藻類から液体燃料を生産することは、現在進行中の研究テーマです。ブラウンフィールドや砂漠地帯に設置できるシステムを含め、開放系または閉鎖系で栽培された様々な微細藻類が試験されています。[170]

宇宙太陽光発電

宇宙太陽光発電については、太陽光発電パネルを搭載した超大型衛星にマイクロ波送信機を搭載し、地上の受信機に電力を送り返すという提案が数多くなされています。NASA科学技術政策局による2024年の研究では、この概念が検討され、現在の技術および近い将来の技術では経済的に競争力がないと結論付けられました。[171]

水蒸気

金属表面の水滴から静電気を収集する技術は、相対湿度が60%を超える低所得国で特に有用な実験的な技術です。 [172]

原子力エネルギー

増殖炉は、原理的には、採用する燃料サイクルに依存して、ウランやトリウムに含まれるエネルギーのほぼすべてを取り出すことができ、広く使用されている貫流型軽水炉と比較して燃料要件を100分の1に減らすことができます。軽水炉は、地中から採掘されるアクチニド金属（ウランまたはトリウム）のエネルギーの1％未満しか取り出せません。[173]増殖炉の高い燃料効率により、燃料供給、採掘に使用されるエネルギー、放射性廃棄物の保管に関する懸念が大幅に軽減される可能性があります。海水ウラン抽出（現在は高価すぎて経済的ではない）を行えば、増殖炉用の燃料は1983年の総エネルギー消費率で世界のエネルギー需要を50億年間満たすのに十分なため、原子力は事実上再生可能エネルギーとなります。[174] [175]海水に加えて、平均的な地殻の花崗岩には、ウランとトリウムが大量に含まれており、増殖炉は、恒星の進化の主系列における太陽の残りの寿命にわたって豊富なエネルギーを供給することができます。[176]

人工光合成

人工光合成は、ナノテクノロジーなどの技術を用いて、水を分解して水素を生成し、二酸化炭素からメタノールを製造することで、太陽の電磁エネルギーを化学結合に蓄えます。[177]この分野の研究者たちは、太陽光スペクトルのより広い領域を利用し、豊富で安価な材料から作られた触媒システムを採用し、堅牢で、容易に修復でき、無毒で、様々な環境条件で安定し、より効率的に機能することで、光子エネルギーの大部分が（生細胞の構築と維持ではなく）貯蔵化合物、すなわち炭水化物に蓄積されるようにする、光合成の分子模倣を設計しようと努めました。[178]しかし、著名な研究は障害に直面しており、MITのスピンオフ企業であるSun Catalytixは、太陽光から水素を製造する他の方法に比べてコスト削減効果がほとんどないため、2012年にプロトタイプの燃料電池のスケールアップを中止しました。[179]

最近の研究では、人工光合成は水を分解して水素を生成するという点で有望性を示しているものの、より広範な意義は、航空輸送や長距離輸送などの輸送用途に適した高密度の炭素系太陽光燃料を生産できる点にあると強調されています。これらの燃料は、太陽光を利用して二酸化炭素と水から生成できれば、炭素循環を完結し、化石燃料由来の炭化水素への依存を減らすことができます。しかし、この可能性を実現するには、水の酸化と二酸化炭素の還元のための効率的で耐久性のある触媒の開発、土地利用と社会の認識への慎重な配慮など、大きな技術的ハードルを克服する必要があります。[180]


さまざまな再生可能エネルギー技術の理論的および実用的な可能性の比較

2019年の世界のエネルギー消費量は、年間約65ペタワット時（PWh）、または年間65,000テラワット時（TWh）でした。[181]

技術別の技術的可能性

2023年に発表された包括的な査読済み研究によると、[182]大規模太陽光発電、集光型太陽熱発電、陸上風力発電、洋上風力発電の技術的ポテンシャルはそれぞれ年間100 PWhを超えており、理論上は人類の総需要を満たすことができます。

太陽光発電（PV）

技術的ポテンシャル：現在の技術を用いた太陽光発電だけで年間5,800 PWh以上[183]​​ これは現在の世界のエネルギー需要の約89倍に相当します。したがって、太陽光発電のわずか2%を利用するだけで、原理的には人類のエネルギー問題を解決できます

風力エネルギー（陸上＋洋上）

技術的ポテンシャル：陸上風力と洋上風力を合わせて年間約900PWh https://carbontracker.org/solar-and-wind-can-meet-world-energy-demand-100-times-over-renewables/ キロワット単位：900,000,000,000,000kWh/年（900兆kWh/年） これは現在の世界のエネルギー需要の約14倍に相当します。しかし、風力発電は非常に断続的であり、地球の表面の大部分を覆ってすべての風を集めることは現実的ではありません。

太陽光と風力発電の組み合わせ

現在の技術では、太陽光と風力から少なくとも年間6,700PWhを捕捉でき、これは世界のエネルギー需要の100倍以上です。[ 184]

水力発電

総理論ポテンシャル：世界中の1180万箇所に約52PWh/年を供給。[185] キロワット換算：52,000,000,000,000kWh/年（52兆kWh/年）。これは年間必要エネルギーの約33%に相当します。[186]

地熱エネルギー

従来型地熱：技術的ポテンシャルは10PWh/年以上。[187] 強化地熱システム（EGS）：深さ8km以内の熱資源を利用した約600テラワット（TW）の地熱発電容量は、年間発電量の技術的ポテンシャルとして約4,000PWhに相当します。[188] 次世代地熱システムの完全な技術的ポテンシャルは、世界の電力需要の140倍以上を満たすのに十分であり、再生可能エネルギー技術の中では太陽光発電に次ぐものです。[189]

その他の海洋技術

屋上太陽光発電、波力発電、潮力発電：それぞれ1PWh/年以上の技術的ポテンシャル[190] 。 海洋温度差発電（OTEC）：10PWh/年以上の技術的ポテンシャル[191]。 塩分勾配発電：0.1PWh/年以上の技術的ポテンシャル[192] 。

全体的な技術的ポテンシャル

すべての再生可能エネルギー源を含めると、世界の技術的ポテンシャルは164～27,200PWh/年の範囲となり、これは2021年の電力消費量24.7PWh/年の6.6～1,101倍に相当します。[193]

経済的ポテンシャル

再生可能エネルギーの世界的な経済的可能性を評価した文献によると、その経済的可能性は現在および近い将来の電力需要よりも高いことが示されています。[194]具体的には、世界の太陽光資源の約60%と風力資源の15%は、すでに地域の化石燃料発電と比較して経済的に競争力があります。[195]

新しい再生可能エネルギーのほとんどは太陽光であり、次いで風力、水力、バイオエネルギーの順となっています。[196]再生可能エネルギー、特に太陽光への投資は、石炭、ガス、石油よりも雇用創出に効果的である傾向があります。 [197] [198]世界中で、再生可能エネルギーは2020年時点で約1200万人を雇用しており、太陽光発電は400万人近くと最も多くの雇用を生み出しています。[199]しかし、2024年2月時点で、世界中の大学が再生可能エネルギー産業よりも化石燃料産業の労働力を多く生み出しているため、太陽エネルギーの労働力の供給は需要を大きく下回っています。[200]

2021年、中国は世界の再生可能電力の増加のほぼ半分を占めました。[201]

135カ国に3,146ギガワットの設備が設置されており、156カ国が再生可能エネルギー部門を規制する法律を制定しています。[7] [202]

2020年には、再生可能エネルギー産業に関連する雇用は世界で1,000万人を超え、太陽光発電は再生可能エネルギー関連の最大の雇用者です。[203]クリーンエネルギー部門は、2019年から2022年の間に世界で約470万人の雇用を創出し、2022年までに合計3,500万人の雇用を生み出すと予想されています。 [204] : 5 

部門または用途別の使用量

一部の研究によると、電力、熱、輸送、産業など、すべてのセクターで100％再生可能エネルギーへの世界的な移行は実現可能であり、経済的にも実行可能であるとされています。[205] [206] [207]

輸送の脱炭素化に向けた取り組みの一つは、電気自動車（EV）の利用増加です。[208]それとバイオジェットなどのバイオ燃料の使用にもかかわらず、輸送エネルギーの4%未満が再生可能エネルギー由来です。[209]重量輸送には水素燃料電池が使用されることもあります。 [210]一方、将来的には、電気燃料は航空や海運などの排出削減が困難な分野の脱炭素化においても、より大きな役割を果たす可能性があります。[211]

太陽熱温水器は多くの国で再生可能熱に重要な貢献をしており、特に中国では世界全体の70%（180GWth）を占めています。これらのシステムのほとんどは集合住宅に設置されており[212]、中国では推定5,000万～6,000万世帯の給湯需要の一部を満たしています。世界全体では、設置されている太陽熱温水器の総数は7,000万世帯以上の給湯需要の一部を満たしています。

ヒートポンプは暖房と冷房の両方を提供し、電力需要曲線を平坦化するため、ますます優先度が高まっています。[213] 再生可能熱エネルギーも急速に成長しています。[214]暖房と冷房のエネルギーの約10%は再生可能エネルギー由来です。[215]

コスト比較

国際再生可能エネルギー機関（IRENA）は、2022年に追加される再生可能エネルギー容量の約86%（187GW）は、化石燃料由来の電力よりもコストが低いと述べています。[216] IRENAはまた、2000年以降に追加された容量により、2022年の電気料金が少なくとも5200億ドル削減され、OECD非加盟国では、2022年の容量追加による生涯コストの削減幅が最大5800億ドルに達すると述べています。[216]

設置容量[217]
TWp 		増加量
TW/年[217]
設置
容量あたりの生産量* [218] 		エネルギー
TWh/年* [218] 		増加量
TWh/年* [218] 		均等化発電コスト
米セント/kWh [219] 		平均オークション価格
米セント/kWh [220]
2010～2019年のコスト推移[219]
太陽光発電 0.580 0.098 13% 549 123 6.8 3.9 −82%
太陽光集光型太陽光発電 0.006 0.0006 13% 6.3 0.5 18.2 7.5 −47%
洋上風力発電 0.028 0.0045 33% 68 11.5 11.5 8.2 −30%
陸上風力発電 0.594 0.05 25% 1194 118 5.3 4.3 −38%
水力発電 1.310 0.013 38% 4267 90 4.7 +27%
バイオエネルギー 0.12 0.006 51% 522 27 6.6 −13%
地熱 0.014 0.00007 74% 13.9 0.7 7.3 +49%

* = 2018年。その他の値は2019年の値です。

再生可能エネルギーの成長

投資と資金源
コスト

最近の文献レビューの結果は、温室効果ガス（GHG）排出者が気候変動につながるGHG排出に起因する損害賠償責任を負い始めるにつれて、責任軽減に対する高い評価が再生可能エネルギー技術の導入に対する強力なインセンティブとなるだろうという結論に達しました。[233]

2010年から2019年の10年間に、大規模水力発電を除く再生可能エネルギーへの世界全体の投資額は2.7兆米ドルに達し、そのうち主要国では中国が8,180億米ドル、米国が3,923億米ドル、日本が2,109億米ドル、ドイツが1,834億米ドル、英国が1,265億米ドルを拠出している。[234]これは、2000年から2009年の10年間に投資された同額の3倍以上、場合によっては4倍以上の増加である（2000年から2003年のデータは入手できない）。[234]

2022年現在、世界の電力の推定28%は再生可能エネルギーによって発電されています。これは1990年の19%から増加しています。[235] 2024年末までに、世界の再生可能エネルギー発電容量は4,300ギガワット（GW）に達し、太陽光発電は年間増加量の60%以上を占めています。[236]

将来予測

2023年には、風力と太陽光発電による発電量は2030年までに30%を超えると予測されていました。[237]

IEAの2022年12月の報告書では、2022年から2027年にかけて再生可能エネルギーが約2,400GW増加すると予測されており、これは2021年の中国の総発電容量に相当します。これは過去5年間から85%の加速であり、IEAが2021年の報告書で予測した値よりも約30%高く、過去最大の上方修正となります。再生可能エネルギーは、予測期間中に世界の電力容量拡大の90%以上を占めると見込まれています。[85] 2050年までにネットゼロエミッションを達成するには、世界の電力発電の90%を再生可能エネルギー源から生産する必要があるとIEAは考えています。[17]

2022年6月、IEAのファティ・ビロル事務局長は、「化石燃料価格の高騰による消費者への圧力を軽減し、エネルギーシステムをより安全にし、世界が気候目標の達成に向けて軌道に乗せるために」、各国は再生可能エネルギーへの投資を増やすべきだと述べました。[238]

中国の2025年までの5カ年計画には、地熱や太陽熱などの再生可能エネルギーによる直接暖房の増加が含まれています。[239]

ロシアの化石ガスへの依存から脱却するためのEUの計画であるREPowerEUは、より多くのグリーン水素を求めると予想されています。[240]

移行期間の後、[241]再生可能エネルギー生産が世界のエネルギー生産の大部分を占めると予想されています。2018年、リスク管理会社DNV GLは、世界の一次エネルギーミックスが2050年までに化石燃料と非化石燃料に均等に分割されると予測しています。[242]

中東諸国も化石燃料への依存を減らす計画を立てています。計画されている多くのグリーンプロジェクトは、2050年までに地域のエネルギー供給の26%を占め、年間1.1 Gt CO2に相当する排出削減を達成するでしょう。 [ 243]

中東における大規模な再生可能エネルギープロジェクト：[243]

  • アラブ首長国連邦ドバイのモハメッド・ビン・ラシッド・アル・マクトゥーム太陽光発電所
  • サウジアラビア、メッカ州のシュアイバ・ツー太陽光発電施設
  • サウジアラビア、NEOMのNEOMグリーン水素プロジェクト
  • エジプト、スエズのスエズ湾風力発電プロジェクト
  • アラブ首長国連邦、アブダビのアル・アジバン太陽光発電所

需要

2014年7月、WWFと世界資源研究所は、再生可能エネルギーの利用拡大を表明した複数の大手米国企業による議論を開催しました。これらの議論では、再生可能エネルギーへのアクセス拡大を目指す企業が重要な市場成果物と考えるいくつかの「原則」が特定されました。これらの原則には、選択（サプライヤー間および製品間）、コスト競争力、長期固定価格供給、第三者資金調達手段へのアクセス、そして協力が含まれていました。[244]

2020年9月に発表された英国の統計によると、「再生可能エネルギーで満たされる需要の割合は、最低3.4%（輸送、主にバイオ燃料）から最高20%を超える『その他の最終ユーザー』（主に比較的大量の電力を消費するサービスおよび商業部門、および産業）まで様々です。」[245]

一部の地域では、個々の世帯が消費者向けグリーンエネルギープログラムを通じて再生可能エネルギーを購入することを選択できます。

発展途上国

開発途上国では、エネルギー供給の拡大とエネルギー貧困への取り組みに伴い、再生可能エネルギーが化石燃料エネルギーの代替としてますます利用されています。再生可能エネルギー技術はかつて、開発途上国にとって手の届かないものと考えられていました。[246]しかし、2015年以降、非水力再生可能エネルギーへの投資は先進国よりも開発途上国で高くなっており、2019年には世界の再生可能エネルギー投資の54%を占めました。[247]国際エネルギー機関（IEA）は、2030年までのアフリカと中南米のエネルギー供給増加の大部分、そして中国では供給増加の42%を再生可能エネルギーが担うと予測しています。[248]

ほとんどの発展途上国は、太陽エネルギー、風力、地熱、バイオマス などの豊富な再生可能エネルギー資源と、それらを活用する比較的労働集約的なシステムを製造する能力を有しています。このようなエネルギー源を開発することで、発展途上国は石油や天然ガスへの依存を減らし、価格上昇の影響を受けにくいエネルギーポートフォリオを構築することができます。多くの場合、これらの投資は化石燃料エネルギーシステムよりも安価になる可能性があります。[249]

ケニアのオルカリアV地熱発電所は世界最大級の発電所の一つです。[250]グランド・エチオピア・ルネッサンス・ダム・プロジェクトには風力タービンが組み込まれています。[251]モロッコのワルザザート太陽光発電所は完成すると、100万人以上に電力を供給すると予測されています。[252]

政策

2024年の再生可能エネルギーによる電力生産の割合[253]
化石燃料の使用（グラフの長方形の領域）に起因する死亡者数は、再生可能エネルギーの生産（グラフではほとんど見えない長方形）に起因する死亡者数を大幅に上回っています。 [254]

再生可能エネルギーを支援する政策は、その拡大に不可欠でした。2000年代初頭にはヨーロッパがエネルギー政策の策定を主導していましたが、現在では世界中のほとんどの国が何らかの形のエネルギー政策を有しています。[255]

国際再生可能エネルギー機関（IRENA）は、世界中で再生可能エネルギーの導入を促進するための政府間組織です。具体的な政策助言を提供し、能力構築と技術移転を促進することを目的としています。IRENAは2009年に設立され、75カ国がIRENA憲章に署名しました。[256] 2019年4月現在、IRENAの加盟国は160カ国です。[257]当時の国連事務総長潘基文氏は、再生可能エネルギーは最貧国を新たなレベルの繁栄へと引き上げることができると述べており、[258] 2011年9月には、エネルギーへのアクセス、効率、再生可能エネルギーの導入を改善するための国連「すべての人のための持続可能なエネルギー」イニシアチブを立ち上げました。 [259]

2015年の気候変動に関するパリ協定は、多くの国が再生可能エネルギー政策の策定または改善を促しました。[260] 2017年には、合計121か国が何らかの形の再生可能エネルギー政策を採用しました。[255]その年の国家目標は176か国で設定されていました。[260]さらに、州レベルおよび地方レベルでも幅広い政策があります。[128]一部の公益事業は、住宅のエネルギーアップグレードの計画または設置を支援しています。

多くの国、州、地方自治体がグリーンバンクを設立しています。グリーンバンクは、公的資本を用いてクリーンエネルギー技術への民間投資を活用する準公的金融機関です。[261]グリーンバンクは、クリーンエネルギーの導入を妨げる市場のギャップを埋めるために、さまざまな金融ツールを活用しています

再生可能エネルギーに関する世界および各国の政策は、農業、輸送、建物、産業などのセクターに基づいて分類できます。

2050年までの気候中立（ネットゼロ排出）は、欧州グリーンディールの主要目標です。[262]欧州連合が気候中立の目標を達成するための目標の一つは、「 2050年までに温室効果ガスのネットゼロ排出」を達成することを目指し、エネルギーシステムを脱炭素化することです。 [263]

金融

国際再生可能エネルギー機関（IRENA）の2023年再生可能エネルギー金融報告書は、2018年以降、着実な投資増加が見込まれていることを強調している。2020年は3,480億米ドル（2019年比5.6%増）、2021年は4,300億米ドル（2020年比24%増）、2022年は4,990億米ドル（16%増）と予測されている。この傾向は、気候変動緩和とエネルギー安全保障強化における再生可能エネルギーの役割に対する認識の高まりと、化石燃料の代替エネルギーへの投資家の関心の高まりによって推進されている。中国やベトナムの固定価格買い取り制度などの政策により、再生可能エネルギーの導入が大幅に増加した。さらに、2013年から2022年にかけて、太陽光発電（PV）、陸上風力発電、洋上風力発電の設置コストはそれぞれ69%、33%、45%低下し、再生可能エネルギーの費用対効果は向上した。[265] [64]

2013年から2022年の間に、再生可能エネルギー部門は投資の優先順位の大幅な再編を経験しました。太陽光と風力エネルギー技術への投資は著しく増加しました。対照的に、水力発電（揚水発電を含む）、バイオマス、バイオ燃料、地熱、海洋エネルギーなどの他の再生可能エネルギー技術への投資は大幅に減少しました。特に、2017年から2022年にかけて、これらの代替再生可能エネルギー技術への投資は45%減少し、350億米ドルから170億米ドルに減少しました。[64]

2023年には、再生可能エネルギー部門は、特に太陽光と風力技術への投資が大幅に増加し、総額約2,000億米ドルに達し、前年比75%増加しました。2023年の投資増加は、米国、中国、欧州連合、インドなどの主要地域のGDPに1%から4%貢献しました。[266]

エネルギー部門は毎年約3兆米ドルの投資を受けており、そのうち1.9兆米ドルはクリーンエネルギー技術とインフラに向けられています。2035年までにネットゼロエミッション（NZE）シナリオで設定された目標を達成するには、この投資を年間5.3兆米ドルに増やす必要があります。[267] : 15 

議論

再生可能エネルギーとして提案されている原子力発電

スイスのライプシュタット原子力発電所

原子力発電を再生可能エネルギーの一種と見なすべきかどうかは、現在も議論が続いている。再生可能エネルギーの法定定義では、通常、現在の多くの原子力技術が除外されているが、米国ユタ州は例外である。[268]再生可能エネルギー技術の辞書による定義では、地球内部で発生する自然の核崩壊熱を除き、原子力エネルギー源への言及が省略または明示的に除外されていることが多い。[269] [270]

従来の原子力発電所で使用される最も一般的な燃料であるウラン235は、米国エネルギー情報局によると「再生不可能」であるが、同局はリサイクルMOX燃料については言及していない。[270]国立再生可能エネルギー研究所は、「エネルギーの基礎」の定義の中で原子力について言及していない。[271]

1987年、ブルントラント委員会（WCED）は、消費量よりも多くの核分裂性 核燃料を生成する核分裂炉（増殖炉、および開発されれば核融合発電）を、太陽光発電や水力発電などの従来の再生可能エネルギー源に分類しました。[272]地熱エネルギーなどの他の再生可能エネルギー源を使用する場合にも、放射性廃棄物の監視と保管が必要です。 [273]

地政学

スーパーグリッドの概念

再生可能エネルギーの利用増加による地政学的影響は、現在も議論と研究が続けられている。[ 274 ]カタール、ロシア、サウジアラビア、ノルウェーなど、多くの化石燃料生産国は現在、石油資源の豊富さゆえに外交的または地政学的影響力を行使することができる。これらの国のほとんどは、エネルギー転換における地政学的「敗者」となることが予想されているが、ノルウェーのように再生可能エネルギーの重要な生産国および輸出国もいくつかある。化石燃料とそれを採掘するためのインフラは、長期的には座礁資産となる可能性がある。[275]化石燃料収入に依存している国々は、いつか残りの化石燃料を迅速に売却することが自国の利益になると判断するかもしれないと推測されている。 [276]

逆に、再生可能資源や再生可能技術に必要な鉱物が豊富な国が影響力を強めると予想されている。[277] [278]特に中国は、再生可能エネルギーの生産や貯蔵に必要な技術、特に太陽光パネル、風力タービン、リチウムイオン電池の世界有数の生産国となっている。[279]太陽光や風力エネルギーが豊富な国は、主要なエネルギー輸出国になる可能性がある。[280]一部の国はグリーン水素を生産・輸出する可能性があるが、[281] [280] 2050年には電気が主要なエネルギーキャリアとなり、総エネルギー消費量のほぼ50％を占めると予測されている（2015年の22％から増加）。[282]オーストラリア、中国、多くのアフリカや中東の国々など、広大な無人地帯を持つ国は、再生可能エネルギーの大規模な設備を建設する可能性がある。再生可能エネルギー技術の生産には、新たなサプライチェーンを持つ希土類元素が必要である。[283]

化石燃料収入に依存している、すでに弱体化した政府を持つ国は、さらに大きな政治的不安定や民衆の不安に直面する可能性があります。アナリストたちは、軍事クーデターの歴史を持つナイジェリア、アンゴラ、チャド、ガボン、スーダンは、石油収入の減少により不安定化のリスクがあると考えています。[284]

ある研究によると、化石燃料から再生可能エネルギーシステムへの移行は、採掘、貿易、政治的依存によるリスクを軽減します。再生可能エネルギーシステムは燃料を必要とせず、建設中の材料や部品の入手のみに貿易に依存しているためです。[285]

2021年10月、欧州委員会の気候行動担当委員であるフランス・ティメルマンス氏は、2021年の世界的なエネルギー危機に対する「最善の答え」は「化石燃料への依存を減らすこと」だと示唆した。[286]ティメルマンス氏は、欧州グリーンディールを非難する人々は「おそらくイデオロギー的な理由、あるいは既得権益を守るための経済的な理由から」そうしていると述べた。[286]一部の批評家は、欧州連合排出量取引制度（EU ETS）と原子力発電所の閉鎖がエネルギー危機の一因になっていると非難した。[287] [288] [289]欧州委員会のウルズラ・フォン・デア・ライエン委員長は、ヨーロッパは天然ガスに「依存しすぎている」と述べ、天然ガスの輸入に過度に依存していると述べた。フォン・デア・ライエン委員長によると、「答えは供給元を多様化すること、そして何よりもクリーンエネルギーへの移行を加速させることに関係している」という。[290]

金属および鉱物の採掘

再生可能エネルギーへの移行には、特定の金属や鉱物の採掘量の増加が必要となるすべての鉱業と同様に、これは環境に影響を与え[291] 、環境紛争につながる可能性があります。[292]たとえば、リチウムの採掘ではアタマカ塩湖砂漠の水の約65%が使用されているため、農民やラマ遊牧民は先祖代々の居住地を放棄せざるを得なくなり、環境が悪化しています。[293]アフリカのいくつかの国では、グリーンエネルギーへの移行によって鉱業ブームが起こり、森林破壊を引き起こし、すでに絶滅の危機に瀕している種が脅かされています。[294] 風力発電には大量の銅と亜鉛に加えて、より希少な金属であるネオジムが少量必要です。太陽光発電はそれほど資源を消費しませんが、それでもかなりの量のアルミニウムが必要です。電力網の拡張には銅とアルミニウムの両方が必要です。再生可能エネルギーの貯蔵を可能にするために不可欠なバッテリーには、大量の銅、ニッケル、アルミニウム、グラファイトが使用されます。リチウムの需要は2020年から2040年の間に42倍に増加すると予想されています。ニッケル、コバルト、グラファイトの需要は約20～25倍に増加すると予想されています。[295]主要な鉱物と金属のそれぞれにおいて、採掘は1つの国によって独占されています。銅はチリ、ニッケルはインドネシア、希土類は中国、コバルトはコンゴ民主共和国（DRC）、リチウムはオーストラリアです。中国はこれらすべての加工を独占しています。 [295]

これらの金属が組み込まれた機器の使用済み後にリサイクルすることは、循環型経済を構築し、再生可能エネルギーの持続可能性を確保するために不可欠です。2040年までに、使用済みバッテリーから銅、リチウム、コバルト、ニッケルをリサイクルすることで、これらの鉱物の一次供給要件を合計で約10%削減できる可能性があります。[295]

物議を醸しているアプローチは深海採掘です。鉱物は、海底に横たわる多金属団塊などの新しい資源から採取することができます。[296]これは地域の生物多様性を損なう可能性がありますが、[297]支持者は、資源が豊富な海底のバイオマスは、熱帯雨林のような脆弱な生息地によく見られる陸上の採掘地域よりもはるかに希少であると指摘しています。[298]

希土類元素と放射性元素（トリウム、ウラン、ラジウム）が共存するため、希土類元素の採掘は低レベル放射性廃棄物の生成につながります。[299]

保護地域

風力、太陽光、水力発電に使用される施設は、自然保護区やその他の環境的に敏感な地域に建設されており、重要な保護地域への脅威が高まっています。これらの施設は化石燃料発電所よりもはるかに大規模であることが多く、同等のエネルギー量を生産するには石炭やガスの最大10倍の土地が必要です。[300] 2000以上の再生可能エネルギー施設が環境的に重要な地域に建設されており、さらに多くの施設が建設中です。これらの施設は、世界中の動植物の生息地を脅かしています。著者チームは、再生可能エネルギーは炭素排出量の削減に不可欠であるため、彼らの研究は再生可能エネルギーに反対するものと解釈されるべきではないと強調しました。重要なのは、再生可能エネルギー施設が生物多様性を損なわない場所に建設されることを確実にすることです。[301]

2020年、科学者たちは再生可能エネルギー材料を含む地域の世界地図と、「主要生物多様性地域」、「残存原生地域」、「保護地域」との重複の推定値を発表しました。著者らは、慎重な戦略的計画が必要であると評価しました。[302] [303] [304]

気候変動による再生可能エネルギー生産への影響

気候変動により、気象パターンの予測が困難になっています。これは再生可能エネルギーの利用を深刻に妨げる可能性があります。例えば、2023年には、スーダンとナミビアでは降雨量の急激な減少により水力発電の生産量が半分以上減少しました。中国、インド、アフリカの一部の地域では、異常気象により風力発電の生産量が減少し、熱波と雲により太陽光パネルの効率が低下し、氷河の融解により水力発電に問題が生じました。干ばつによる水不足のため、原子力発電所では冷却用の水が不足することがあり、原子力エネルギーも影響を受けています。[305]

社会と文化

国民の支持

地域社会における風力・太陽光発電施設の受容度は、米国民主党員（青）の方が高く、原子力発電所の受容度は米国共和党員（赤）の方が高いです。[308]

太陽光発電所は耕作地と競合する可能性があります。[309] [310]一方、陸上風力発電所は、美観への懸念や騒音のためにしばしば反対に直面します。[311] [312]このような反対者は、しばしばNIMBY（「私の裏庭にはいらない」）と呼ばれます。 [313]一部の環境保護論者は、鳥やコウモリが風力タービンに衝突して死亡事故を起こすことを懸念しています。[314]世界中で新しい風力発電所に対する抗議活動が時折発生していますが、地域および国の調査では、一般的に太陽光発電と風力発電の両方が広く支持されていることが示されています。[315] [316] [317]

地域所有の風力エネルギーは、風力発電所に対する地域住民の支持を高める方法として提案されることがあります。[318] 2011年の英国政府の文書には、「プロジェクトは一般的に、幅広い国民の支持と地域社会の同意を得れば成功する可能性が高くなります。これは、地域社会に発言権と利害関係の両方を与えることを意味します。」と記載されています。[319] 2000年代から2010年代初頭にかけて、ドイツ、スウェーデン、デンマークでは多くの再生可能エネルギープロジェクトが、特に協同組合構造を通じて地域社会によって所有されていました。[320] [321]それ以来、ドイツでは大企業による設置が増えていますが、[318]デンマークでは地域社会の所有権が依然として強いままです。[322]

歴史

19 世紀半ばに石炭が開発される前は、利用されていたエネルギーはほぼすべて再生可能エネルギーでした。再生可能エネルギーの最も古い利用法として知られているのは、伝統的なバイオマスを燃料として火を起こすことで、100 万年以上前に遡ります。バイオマスを火に使うことが一般的になったのは、それから数十万年後のことです。[323]再生可能エネルギーの 2 番目に古い利用法は、おそらく風を利用して水上で船を動かすことだったのでしょう。この習慣は、約 7000 年前のペルシャ湾やナイル川の船にまで遡ることができます。[324]温泉の地熱エネルギーは、旧石器時代から入浴に、古代ローマ時代から暖房に利用されてきました。 [325]有史以来、伝統的な再生可能エネルギーの主な供給源は、人力、畜力、水力、穀物を粉砕する風車に使用される風力、そして伝統的なバイオマスである薪でした。

1885年、ヴェルナー・ジーメンスは固体における 光起電力効果の発見について次のように書いています。

結論として、この発見の科学的重要性がどれほど大きいとしても、太陽エネルギーの供給は無限かつ無償であり、地球上のすべての石炭鉱床が枯渇して忘れ去られた後も、数え切れないほどの時代にわたって私たちに降り注ぎ続けることを考えれば、その実用的な価値は明らかになるでしょう。[326]

マックス・ウェーバーは、1905年に出版された著書『プロテスタンティズムの倫理と資本主義の精神』の結論部分で、化石燃料の終焉について言及しました。 [327]ソーラーエンジンの開発は第一次世界大戦の勃発まで続きました。太陽エネルギーの重要性は、1911年のサイエンティフィック・アメリカン誌の記事で認識されています。「遠い将来、天然燃料が枯渇し、（太陽光発電）が人類の唯一の生存手段として残るだろう」[328]

ピークオイル理論は1956年に発表されました。[329] 1970年代には、環境保護主義者たちが、石油の枯渇への代替手段として、また石油への依存からの脱却として、再生可能エネルギーの開発を推進し、最初の発電用風力タービンが登場しました。太陽光は長い間、暖房と冷房に使用されてきましたが、太陽光パネルは1980年まで太陽光発電所を建設するにはコストが高すぎました。[330]

新たな政府支出、規制、政策のおかげで、再生可能エネルギー産業は2008年の金融危機と大不況を他の多くのセクターよりもうまく乗り切ることができました。[331] 2022年には、再生可能エネルギーは世界の電力発電量の30%を占め、1985年の21%から増加しました。[332]

古代の歴史的例

再生可能エネルギーの最も注目すべき歴史的利用（古代および伝統的な方法の形で）としては、以下の例が挙げられます

  1. ヨーロッパとアジアの風車（オランダやイランのナシュティファンの風車など）。 [ 333]最も古く発見された検証済みの風車の設計は、西暦700年から900年の間にイランで発見されました。[334] [335] [336]
  2. 水車（古代中国と古代ペルシャ）。[337]
  3. アルキメデスの燃焼レンズ。
  4. 風車と太陽上昇気流塔（または太陽煙突）に基づく伝統的な冷却・換気システム。
  5. 自然な熱伝達と自然エネルギー変換プロセスを考慮した伝統的な建築。
  6. 重力式噴水。
  7. 古代の燃料レンガにおける動物性バイオマスの使用。
  8. 古代中国、インド、エジプト、ペルシャの太陽熱オーブンと炉。
  9. 伝統的な農業加工（乾燥）、材料特性の工学（陶器や陶磁器の太陽熱硬化）、古代の健康法（太陽放射による自然消毒）のための太陽エネルギーの応用
  10. 古代のカナート技術における、水輸送と供給のための長距離重力水流制御。
  11. 河川、海、海洋における帆を使った貨物と旅客の輸送
  12. 河川、海、海洋の水流の理解に基づいた貨物輸送と旅客輸送。
  13. 再生可能な植生（砂漠の低木、農業廃棄物、剪定枝など）を用いて光と熱を生成する。
  14. 再生可能な油（植物性または動物性）を用いて光と熱を生成する。
  15. 建築において、照明、装飾（例：反射タイル、鏡面仕上げ、石やレンガの表面研磨）、計時（日時計、正午の目盛り、祈祷時間表示、季節変化の目盛り）などの目的で、日中の自然光と夜間の月光を最大限に活用すること。[338]

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