Die Biogasnutzung als Ersatz für fossile Treibstoffe reduziert die Treibhausgasemissionen. Im Jahr 2019 lagen die Treibhausgaseinsparungen durch den Einsatz von Biomethan als Kraftstoff bei fast 90 Prozent [BLE20, S.65].

Die Nutzung von reinem Biomethan als Kraftstoff kann zu einer nahezu Kohlenstoffdioxid-neutralen (CO₂-neutral) Bilanz führen. So liegen für Biomethan auf Basis von Mist die Well-to-Wheel Emissionen (von der Rohstoffquelle bis zum Antrieb bilanziert) bei etwa 5 Gramm CO₂-Äquivalente pro Kilometer, und somit etwa 97 Prozent weniger als bei konventionellem Benzin (etwa 164 Gramm CO₂-Äquivalente pro Kilometer) und Diesel (etwa 156 Gramm CO₂-Äquivalente pro Kilometer). Auch eine Beimischung des Biogases von 20 Prozent zum Erdgas verringern die Well-to-Wheel Emissionen um 40 Prozent gegenüber einem konventionellen Benziner, beziehungsweise etwa 36 Prozent gegenüber einem konventionellem Dieselfahrzeug. [dena11, S.10]

Es bleibt jedoch immer zu berücksichtigen welches Ausgangssubstrat zur Erzeugung des Biogases genutzt wird, da die konkreten Emissionswerte stark zwischen den verschiedenen Ausgangssubstraten variieren. Die Kultivierung von Energiepflanzen ist vor allem aufgrund der Düngemittelnutzung mit wesentlich höheren Treibhausgasemissionen verbunden [DBFZ16, S. 116]. Daher ist die Verwendung von Reststoffen aus der Landwirtschaft (zum Beispiel Gülle) und der Landschaftspflege (zum Beispiel Schnittgut) anzustreben. Im Jahr 2018 stammte das zur Biogaserzeugung eingesetzte Substrat dennoch zu 47 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen, dabei wurde vor allem Maissilage genutzt. Die restlichen Anteile beliefen sich auf 48 Prozent Exkremente (Gülle, Mist), 2 Prozent kommunaler Bioabfall sowie 3 Prozent Reststoffe von Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft [FNR20, S.42].

Bei der Biogasproduktion kommt es zu Methanemissionen in den Biogasanlagen. Durchschnittlich entweichen etwa 5 Prozent des produzierten Methans ungehindert in die Atmosphäre. Das austretende Methan stammt unter anderem aus den offenen Gärrestelagern. [UBA19s, S.8]

Neben der Senkung von Treibhausgasemissionen werden durch den Einsatz von Biomethan auch 50 bis 96 Prozent weniger Stickoxide im Vergleich zu Dieselmotoren sowie bis zu 99 Prozent weniger Feinstaub als bei Ottomotoren emittiert [dena17, S.9].