バイオオイルは燃料として使用できますが、標準的な内燃機関で直接使用するのには適していません。直接使用することも、ボイラーで化石燃料と混焼することもできます。また、ヒドロデオキシ化によって自動車エンジン用の燃料に変換したり、H2製造の原料として使用することもできる。
あるいは、バイオオイルを特殊なエンジン燃料に改良したり、ガス化プロセスを経て合成ガスにし、バイオディーゼルにすることもできる。バイオオイルは、固形燃料よりも取り扱いや燃焼が容易で、輸送や貯蔵が安価なため、混焼には特に魅力的である。既存の発電所での取り扱い、貯蔵、燃焼のしやすさという点で、固形バイオマスやガス化よりも大きな利点がある。さらに、バイオオイルは、さまざまな有機化合物や特殊化学物質の重要な原料である。
バイオオイルは木質原料よりも密度が高く、貯蔵や輸送のコストを削減できる。その燃料価値は、一般に石油系燃料の50～70％である。しかし、バイオオイルの組成は熱的に不安定で、蒸留や精製が困難であるため、より高品質のバイオオイルを製造するためにはさらなる研究が必要である。にもかかわらず、バイオオイルは密度が高いため、バイオマスよりもコスト効率よく輸送できる。このため、小規模な熱分解機でバイオマスをバイオオイルに変換し、それを集中処理施設に輸送して精製するという分散処理モデルの可能性が広がっている。
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