其他的温室气体——甲烷

24室排队完全在实验室看起来应该在科幻电影。一个错综复杂的网络管和电缆连接每个室中央设备测量气体,湿度、压力和温度。这可能看起来有点不愉快,但是偶尔的“咩”呼应通过大厅带来一点快乐。毕竟,这个实验室的主要对象是羊。

在新西兰的草原研究中心城市向北帕默斯顿,尼尔婚姻和他的同事们研究了数百只羊多年。他们建立了房间,他们每只动物,仔细测量多少气体发出的牛羊在他们吃。他们想了解这些排放和找到分子减少它们的方式,虽然羊排放多样化气体,他们特别关注一个:甲烷。

这两个气候问题

1997年,联合国通过了《京都议定书》七个温室气体之一,甲烷是列为减排承诺的一部分。但是,自那以后已经几乎完全集中在二氧化碳。

当政策制定者和研究人员开始使用策略来应对气候变化,他们采用了一组指标,与100年的影响有关。但由于大气中甲烷的时间大约是十年,这些指标在政策行动引起了排错,解释道史蒂文汉堡环境保护基金会的首席科学家在美国。

大气中甲烷不会呆很久。其十年的停留时间明显地与二氧化碳的世纪跨度。和甲烷浓度的二氧化碳水平远低于:如果大气是一个游泳池,有价值约两杯的甲烷,相比高达442杯的二氧化碳。虽然可以理解世界已经密切关注二氧化碳,甲烷并不是无害的。在20年的时间尺度,它的强80倍比二氧化碳暖化地球因为它热量更有效率。人们认为至少有25%的人为造成的气候变暖我们现在经历的是这种短暂的气体的排放。甚至十年后,甲烷的影响仍在继续。多年来,它与臭氧反应生成水和二氧化碳,后者在大气和气候变化导致多年来。

《京都议定书》已经修正和更新,和甲烷越来越被视为一种温室气体,值得所有人的注意。在Cop26气候峰会2021年11月,世界各国领导人发起了全球甲烷的承诺,一个计划在未来几年降低甲烷排放限制变暖到1.5°C。超过100个国家加入了承诺,包括英国和美国,致力于减少至少30%的甲烷排放量到2030年。国家也将提高他们如何衡量和量化了甲烷排放。这(几乎)全球努力可能带来可见的结果很快。

减少甲烷排放购买我们减少有限的时间去做艰苦的工作₂排放

我们可以减少甲烷排放减半,这将产生戏剧性的影响减少的速度变暖,气候变暖的总量未来30年里,我们经历的汉堡说。对他来说,我们目前正在经历着两个不同的气候问题:一个一个的二氧化碳和甲烷。甲烷是一种短期和二氧化碳是一个长期的问题。都需要的解决方案,尽管是非常不同的。“在短期内,如果我们想要减少损失,甲烷是最重要的事情我们可以做的。但从长远来看,有限公司₂是最重要的。这两个东西可以真正的同时,汉堡补充说。

汉堡解释说,降低二氧化碳是一项艰巨的任务;它干扰人类的整个能源经济,需要巨大的努力。甲烷,另一方面,是简单的解决。显著降低甲烷的技术已经存在,这是划算的。只要它不搁置等同于社会,然后专注于这个短暂的气体是一个至关重要的一步。降低甲烷排放购买我们的时间去做艰苦的工作,”汉堡解释道。但我们必须小心;这不是打击暂停。”

的排放

甲烷有广泛的发射器,并不是所有的都是人类。细菌在湿地中,例如,排放大量的气体。甲烷也是牛打嗝时释放,当微生物分解垃圾在垃圾填埋场和天然气生产。之间有一个混合的人为和自然产生的排放。然而,证据表明,人类的行动飞涨排放几十年来。根据最新的联合国政府间气候变化专门委员会报告,自2007年以来,甲烷浓度不断增加,与研究人员把它归因于排放主要来源像化石燃料的开采,浪费,和牲畜测量甲烷排放削减他们是至关重要的)。

“我们浪费了大约30 - 40%的粮食生产。想象,整个系统中,所有的废物排放甲烷,说乍得Frischmann首席研究员项目减少,一个倡议,研究者评估解决气候变化问题最好的解决方案。

垃圾和废物我们每一天都是一个顶级的甲烷来源。在垃圾填埋场、食物残渣等有机废物分解,产生丰富的甲烷气体,二氧化碳和其他化合物。俗称垃圾填埋气,这相当于全球甲烷排放的很大一部分。2019年,仅在美国就垃圾填埋场排放的温室气体1200万户家庭,和数字预计将增加。三年后,研究人员预测,垃圾填埋场将占8 - 10%的人为温室气体的排放。Methane-observing卫星像Tropomi,乐器目前在轨道上欧洲太空总署的哨兵5卫星,不断发现垃圾填埋场,释放出大量的甲烷。在2021年8月,使用Tropomi数据和其他卫星的信息,科学家发现垃圾填埋场排放甲烷的8800公斤每小时接近马德里的市中心。然而,尽管来自每个人的垃圾箱中扮演着关键角色多少浪费去垃圾填埋场,责任是食品供应链与其他玩家分享游戏。

我们浪费了约30 - 40%的粮食生产。所有的废物排放甲烷

“浪费整个供应链,从生产到收获,包装、加工、分销和市场消费,“Frischmann说。我们的食物生长在全球大约5.7亿个农场,在成千上万的处理设施,在复杂网络和运输船舶、飞机和卡车。工作在一个如此巨大的供应链需要创造力和时间。没有Frischmann,领先的解决方案仍然是消费者。在高收入国家,大部分的食物被浪费了供应链的最终消费者,”他说。“大多数人多少,对采购,然后把它扔到垃圾填埋场。”他解释说,消费者如何做出选择在杂货店和餐馆规定多少浪费世界生成。尽管食品供应链是固定的(这可能需要一些时间来改变),有解决方案解决垃圾填埋场排放的甲烷。而不是阻碍排放,一个解决方案可能是让他们有用。

一个聪明的垃圾填埋场的使用

天然气是一种方便的燃料,所以想办法使用垃圾填埋场甲烷可以杀死一石二鸟:一方面,它将降低排放的垃圾填埋场。另一方面,天然气可以提供电力。超过500的垃圾填埋场在英国,十已经配备了垃圾填埋气回收系统。方法是非常简单的原则。进入垃圾填埋场的垃圾埋到部分称为细胞,然后覆盖层的土壤或其他材料。最终覆盖较厚的砂、粘土、土壤和草。这是为了避免甲烷和其它气体排放到大气中。通过管网和真空泵,甲烷从垃圾填埋场收集和处理设施。在这里,它是治疗取决于气体所需的最终结果。一些设施净化甲烷,所以它达到天然气标准。 Others either flare the methane (converting it into carbon dioxide and releasing it into the atmosphere) or generate electricity. Gas yields depend on the size and nature of landfills, but a large modern landfill could make usable fuel for 15 to 30 years.

另一个策略来捕捉甲烷进入大气层之前是使用甲烷消化器。甲烷消化器是大型系统,将有机物的甲烷转化为有价值的基质。有机物或牛的粪便是积累在大型坦克微生物产生沼气,可以作为燃料燃烧后,和所谓的digestate,固体,可以用作肥料。

有机材料可以进入(甲烷蒸煮器)系统,产生甲烷,最终发生是可以燃烧甲烷发电。对于这些大规模操作,它可以在电网电力设施而不是画,Frischmann解释说。

这个策略已经越来越球迷像德国这样的国家,已经有8000名甲烷蒸煮器系统实现。尽管更多的系统用于占用比来自垃圾填埋场的废物牛的粪便,甲烷消化器可以把任何有机物质使用,同时避免甲烷排放。

当然,不是银弹:燃烧沼气发电释放二氧化碳。不过,这是一个一步缓解短期气候问题的甲烷。同时,而不是看着人类如何浪费他们可以吃什么,其他研究人员正在看动物的饮食像牛羊一样。

戳的羊

在新西兰,婚姻的工作看起来降低甲烷排放伊始:牛的消化系统。牛和羊都是一些世界上许多动物,反刍。这些生物消化食物数小时,咀嚼和re-chewing草,它们的四腔的胃。第一部分他们的胃,瘤胃微生物是一个复杂的系统,是一个简单的餐成为气候变化问题。瘤胃细菌称为产甲烷菌复合碳水化合物,进行甲烷生成,一个无氧呼吸的过程。二氧化碳作为终端电子受体,和H₂是氢氧化⁺而股份有限公司₂减少到CH₄。这个分子通路在牛的胃每天生产大约200升的甲烷。与世界上14亿头牛,数学加起来很快,使畜牧业生产在全球甲烷最大的人为来源预算。

一头牛的胃每天生产200升的甲烷

婚姻和他的团队一直致力于疫苗来阻止甲烷生成。根据他的说法,理想的疫苗产生抗体,对产甲烷菌的组成部分,因此将采取行动中断的化学生产甲烷。但达到产甲烷菌不是那么容易;毕竟,他们是纯粹的3%复杂的瘤胃微生物。所以团队看着唾液。

这些动物每天都产生大量的唾液;羊一天可以生产10到16升,和大多数的唾液吞下,结合解释道。一旦你产生抗体对产甲烷菌的唾液[…]这是一个完美的车辆提供抗体进入瘤胃。

在最近的试验中,在开发一个原型的疫苗和管理羊,婚姻和他的团队把动物分成钱伯斯的研究中心和排放量相比未接种疫苗的动物。到目前为止,球队并没有看到任何相关差异,但是婚姻是对未来充满希望。“我们有一个实验排队在几个月我们要尝试一种实验性疫苗并通过钱伯斯再次把它们(羊)。这可能是大突破,但我不能预测;我只希望,”他说。

的障碍需要克服超越生物学。毕竟,只有有用的工具如果找到一个地方在巨大的农业供应链。“Covid-19疫苗人类可以相当昂贵;政府要为此付出代价。但一个农场不会支付,除非它很便宜,”他解释说。你不能产生100美元的剂量。它必须是1美元或两个,也许更少。”

然后,有公众的挑战。尽管婚姻认为anti-vax运动就不会太担心牲畜Covid-19疫苗时,他仍然谨慎。公众的认知是你看,”他补充道。“能杀死一个解决方案。”

在太平洋的另一边,美国研究人员想要阻止甲烷生成的牛。然而,而不是致力于疫苗Ermias Kebreab可持续畜牧业教授,加州大学戴维斯,一直看着补充剂。

带来的补品

在2010年代,研究在培养皿中显示红色macroalgae(海藻)Asparagopsis taxiformis降低了反刍动物甲烷产量的99%。根据这些信息,Kebreab和他的同事继续看这种类型的海藻作为饲料添加剂添加到牛的饮食将会减少甲烷生成,从而降低排放量。在他们最新的工作,结果是有前途的。

使用少量的海藻会让你减少甲烷上升到80%。在某些情况下,甚至高达98%,”他解释说。的,对我来说,真的是不可思议的。如果你能降低甲烷,那么我认为我们有一个很好的解决方案能够可持续地生产粮食。

在这项研究中,Kebreab看着三组Angus-Hereford交叉牛肉引导(阉割的雄性牛)。一组没有补充,另把海藻作为他们的饮食的25%,第三组给予半紫菜半集中供养的食物。他们喂动物了五个月,每三周测量排放。与婚姻的钱伯斯在新西兰,Kebreab GreenFed系统使用。这个露天设备测量气体发出的动物当他们忙于吃治疗。补充减少甲烷令人印象深刻的是低水平而不干扰牛肉质量标准。

少量的海藻会让你减少甲烷上升到80%

结果的关键在于anti-methanogenic活动的一些红色海藻。补充生产Asparagopsis taxiformis有一个活性成分,三溴甲烷(CHBr₃)。瘤胃,三溴甲烷干扰酶基本完成甲烷生成甲基辅酶还原酶(MCR)。正确地工作,需要oxidatised MCR的代数余子式镍继续产甲烷反应。一旦瘤胃,三溴甲烷不断减少镍、抑制MCR,从而抑制甲烷生成。

海藻是一个激动人心的工具来降低甲烷排放。不过,如果世界上每一个农场要一点,可能macroalgae生产商跟上需求?或者将它在食品供应链中创建另一个问题吗?Kebreab,毫无疑问。他解释说,越来越多的海藻在海洋中不需要任何化肥或淡水。另外,它自然海洋中的二氧化碳,所以这可能是一个双赢的局面。公司正在努力扩大,可能存在一个问题。当然,我们要做一个生命周期评估,看看需要多少能量海藻生长,”他补充道。

市场上还没有补充,因为它仍在等待监管机构的批准。这需要时间,有时候太多了。FDA说,很难知道当补品到达市场。如果他们认为这是紧急和重要,然后他们可以在几个月内。否则,它可能需要数年时间,Kebreab解释道。

加州补充等待绿灯的时候,其他补充剂是全球领先一步接近到达农场。在欧洲,荷兰DSM公司创建介绍饲料添加剂,目标相同的酶红色海藻。主要活性成分,3-nitrooxypropanol,使酶失去活性微摩尔的浓度氧化活性部位。介绍被批准商业化在巴西和智利,在2021年底,欧洲食品安全管理局提供了产品的积极评价,欧洲市场更近一步。

短暂的气体已经被政策制定者忽视了这么长时间现在在几十个标题和政客的演讲。全世界科学家和研究人员做的工作及时,比以往任何时候都更有必要如果人类是为了防止最坏的发生。“我是森林生态学家。我亲眼目睹了气候变化对森林的影响,”汉堡说。这是一个最大的机会来减缓变暖的速度在未来的几十年里,我们需要利用它。”

芭芭拉Pinho是一个基于科学作家在波尔图,葡萄牙