今天小編分享的科學經驗：如果把奶牛一天放的屁收集起來，竟然可以燒開 20 升的水？，歡迎閲讀。
全球變暖加劇了冰川融化和海平面上升，自 2006 年至 2018 年期間每年上升 3.7 毫米，同時也導致更頻繁和更強烈的極端天氣事件，如飓風和熱浪，對生态系統和人類生存環境構成嚴重威脅。但奶牛吃什麼，跟全球變暖能有什麼關系呢？你别説，還真有，今天咱們就來了解一下。
温室氣體，和牛有什麼關系？
我們知道，全球變暖的一個重要因素就是温室氣體排放，像二氧化碳（CO ₂）、甲烷（CH ₄）和氧化亞氮（N ₂ O），都能通過吸收和儲存熱量導致全球變暖。據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）數據顯示，自工業化以來，人類活動已使全球温度上升約 1.1 ° C，其中温室氣體排放是主要驅動因素。
根據國際能源署（IEA）的數據，能源行業是最大的温室氣體排放源，占全球排放量的 73.2%，其中電力和供熱部門占 42%。而農業活動，如畜牧業、稻田種植等，是甲烷和氧化亞氮的重要來源，占全球排放的 17%。水泥生產等工業過程和化學制造約占全球二氧化碳排放的 20%。此外，廢棄物處理和填埋場產生了約 3% 的甲烷排放。這些排放源相互作用，共同推動氣候變化。
上面提到農業活動產生的甲烷排放占 17%，其中畜牧業本身就貢獻了全球温室氣體排放的 14.5%，其中的一大部分就來自牛放屁、打嗝排放出的甲烷。所以説，牛和温室氣體排放還真脱不開關系。
為什麼牛等反刍動物在消化過程中會產生甲烷呢？這主要是因為其胃部，特别是瘤胃内的微生物在分解纖維素和其他碳水化合物時進行厭氧發酵。這種生物化學反應的副產物之一是甲烷，通過打嗝和放屁排放到大氣中。
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甲烷的排放量因動物種類、飼料種類和飼養方式而異。以奶牛為例，每頭奶牛每天可排放約 250-500 升甲烷，約占反刍動物總甲烷排放的 20%。為了減少這種排放，科學家建議通過調整飼料組成以及改進養殖方式來減緩甲烷的產生，從而降低畜牧業對氣候變暖的影響。
如何讓牛少打嗝放屁？
考慮到人對牛肉和牛奶的需求，靠不養牛來減少排放并不現實，但人們仍然可以想到别的辦法。
2021 年，根據加州大學戴維斯分校的一項研究表示，科學家在 5 個月的時間内給 21 頭牛的飲食中添加了一種紅藻（Asparagopsis taxiformis），僅占總飼料量的 0.2%，結果顯示甲烷排放量減少了高達 82%。而 2024 年 12 月，加州大學戴維斯分校的科學家又在《美國國家科學院院刊》上發表了新的研究成果。
研究在美國蒙大拿州的半幹旱牧場進行，探索添加含紅藻的顆粒補充劑對肉牛甲烷排放的影響。24 頭牛随機分為對照組和處理組，處理組飼料中添加 20% 的海藻補充劑，該補充劑含有抑制甲烷生成的溴仿。通過排放監測系統測量牛的甲烷、二氧化碳和氫氣排放，并記錄體重和飼料攝入量。結果顯示，處理組甲烷排放量減少 37.7%，從 182 克 / 天降至 138 克 / 天。
發表在《美國國家科學學院院刊》的研究（來源：文獻 1）
目前來看，只要溴仿用量被嚴格控制，并對其代謝與殘留進行持續監測，其作為飼料添加劑是安全的，但需要更多研究來支持這些結論，特别是在長期效應和加工副產物方面。
在飼料中添加藻類可以使甲烷排放量下降（來源：作者拍攝）
研究還發現，處理組的氫氣排放量顯著增加，而二氧化碳排放量略有下降。這表明甲烷生成路徑的抑制改變了瘤胃内的代謝過程。總體而言，該研究驗證了含溴仿的海藻補充劑在實際牧場條件下減排甲烷的有效性，為實現可持續畜牧業提供了切實可行的解決方案。
這種方法不會對牛的健康、體重增長或乳產量產生顯著影響，同時飼養成本的增加也在可接受範圍内，具有很強的可操作性。科學家認為，如果将這種技術推廣至全球範圍的畜牧業，不僅能夠大幅減少甲烷排放，還能在滿足全球對牛奶和牛肉需求的同時實現更加可持續的畜牧業生產。此外，與傳統的減排措施相比，海藻補充劑的生產與應用具有較低的技術門檻，利于推廣到低收入地區。
當然，要給牛 " 減排 "，海藻并不是唯一的選擇。比如從反刍動物甲烷產生方式出發通過調整飼糧結構、優化飼養管理、優選适宜品種和生理狀态動物以及利用植物次級代謝產物 ( 如單寧、皂苷和精油等 ) 、微生态制劑 ( 如酵母菌、乳酸菌和枯草芽孢杆菌等微生物 ) 、有機酸 ( 如蘋果酸、延胡索酸和單寧酸等 ) 、無機化合物 ( 3-NOP ) 以及藻類 ( 海藻和微藻 ) 等多種減排措施，降低甲烷排放。
研究發現植物次生代謝產物具有甲烷減排作用，如單寧、皂苷、類黃酮和精油等。單寧可以結合瘤胃中微生物外膜上的多糖、蛋白質成分，從而降低瘤胃微生物的活性 , 使甲烷氣體的產生量降低。還有試驗表明，在山羊中使用濃縮單寧可以減少 50% 的甲烷。在體外批量培養中，随着皂素劑量的增加，甲烷排放減少 29%，原生動物數量減少 50%。
牛屁竟然能廢物利用？
除了通過添加海藻改變飼料成分來減少牛的甲烷排放外，直接收集牛排放的甲烷并加以利用同樣是一種有趣且具有潛力的解決方案。阿根廷國家農業技術研究所（INTA）早在 2014 年就提出了一項創新性研究，為牛佩戴塑料背包并通過管子連接其最大的消化器官——瘤胃，從中提取甲烷。
據研究數據，每頭牛每天可以收集約 300 升甲烷，這些氣體經過處理後可以作為一種清潔能源使用。可能你會問，區區 300 升甲烷夠幹什麼呢？讓我們來簡單算一算。
300 升的甲烷是什麼概念呢？大家都知道我們家中天然氣的主要成分就是甲烷，以甲烷用作燒水為例，我們來做個計算，已知條件如下：
甲烷體積：300 升 = 0.3 立方米。
甲烷的密度：0.656 kg/m ³。
甲烷的燃燒熱：55.5 MJ/kg。
水的比熱容：4.186 kJ/ ( kg · ℃ ) 。
加熱效率：假設為 60%。
水的初始温度：20 ℃。
水的沸點：100 ℃。
通過以下的步驟我們可以算出，如果一頭牛一天放 300 升的屁，這麼多甲烷，可以燒開近 20 升的水！
300 升甲烷可以燒開近 20 升的水（來源：作者計算）
盡管這一技術仍處于概念驗證階段，但它的應用前景尤其在偏遠地區的農場中顯得極具吸引力。阿根廷作為全球重要的牛肉生產國，擁有超過 5000 萬頭牛，如果這一技術能夠推廣到規模化應用，将大幅減少牧業甲烷排放對環境的影響。
總結
奶牛放屁和打嗝所排放的甲烷，看似是日常畜牧業的無害現象，但實際上對氣候變化的影響不容忽視。科學家們通過創新的技術手段，如改進飼料組成、添加海藻補充劑以及開發甲烷收集設備，為減少温室氣體排放提供了有效解決方案。這些研究不僅在理論層面驗證了甲烷減排的可行性，更為實際應用提供了寶貴的參考。
或許未來随着這些技術的成熟與推廣，我們有望在不犧牲畜牧業生產效率的情況下，顯著減少温室氣體排放。
參考文獻
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[ 8 ] https://www.fao.org/
[ 9 ] https://openknowledge.fao.org/handle/20.500.14283/cc9029en
策劃制作
作者丨 Denovo 團隊
審核丨史文清 北京市畜牧總站 正高級畜牧師
策劃丨丁崝
責編丨丁崝
審校丨徐來、林林
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