От улучшения селекции до вакцин от коровьей отрыжки — новые решения могут сократить выбросы в сельском хозяйстве
Метан — мощный парниковый газ — в 84 раза сильнее углекислого газа за 20 лет. Поскольку он удерживает тепло более интенсивно в краткосрочной перспективе, чем другие парниковые газы, сокращение выбросов метана сейчас может оказать быстрое и значительное влияние на замедление изменения климата.
Хорошим местом для начала станут фермы. Почти половина мировых выбросов метана приходится на сельскохозяйственную деятельность, такую как животноводство, выращивание риса и сжигание отходов растениеводства. И с ростом мирового спроса на продовольствие эти выбросы, как ожидается, будут расти.
Хорошей новостью является то, что появляются перспективные подходы к сдерживанию воздействия сельского хозяйства на климат. В новом отчете WRI представлены последние научные обновления, а также экономические соображения по более чем 25 решениям по смягчению последствий выбросов метана.
Но сначала, откуда берутся выбросы метана в сельском хозяйстве?
Домашний скот является самым крупным источником сельскохозяйственного метана, производя около двух третей от общего объема. Большая его часть поступает из пищеварения и навоза «жвачных» животных.
Источники выбросов метана
Жвачные животные, такие как крупный рогатый скот, овцы и козы, естественным образом вырабатывают метан в качестве побочного продукта пищеварения, известного как «кишечная ферментация». Микроорганизмы в их желудках расщепляют пищу, вырабатывая метан, который в основном выделяется через отрыжку. На жвачных животных приходится более 55-60% выбросов метана в сельском хозяйстве — нежвачные животные, такие как свиньи и лошади, вносят гораздо меньший вклад.
Навоз производит 6-8% сельскохозяйственных выбросов метана (хотя некоторые исследования показывают, что эти выбросы могут быть значительно выше). На крупных молочных и свиноводческих предприятиях или «фермах-фабриках» навоз часто смывают снаружи с помощью струи воды и помещают в резервуары или лагуны, где он хранится в виде жидкости или жижи. Эти влажные системы создают идеальные условия для микроорганизмов, вырабатывающих метан. Напротив, мелкие и средние фермы, где навоз обычно хранится в твердой форме или высушивается на солнце, выделяют меньше метана.
Рисоводство еще один крупный источник метана, производящий 18-20% сельскохозяйственных выбросов метана. Затопленные рисовые поля истощают кислород и подпитывают производство метана. Затем газ выходит в основном через растения риса или в виде пузырьков, которые поднимаются из почвы — хотя выбросы различаются в зависимости от методов орошения, типов почв и использования удобрений.
Сжигание «остатков» урожая— отходы, остающиеся после сбора урожая, такие как стебли риса и пшеницы, а также другая биомасса, — обычная практика в некоторых странах, на которую приходится 3–4% выбросов метана в сельском хозяйстве, а также загрязнение воздуха и угроза здоровью людей.
В последние годы появились десятки стратегий по сокращению этих выбросов, от низкотехнологичных до высокотехнологичных. Но затраты, осуществимость и стадия разработки значительно различаются. Вот несколько решений, которые при доработке и поддержке НИОКР могут оказаться многообещающими:
1) Повышение эффективности животноводства
Во многих развивающихся странах животноводство производит гораздо меньше молока и мяса на одно животное, чем фермы в таких местах, как США. Существует большая возможность сделать животноводство более эффективным за счет улучшения качества рациона питания животных, разведения более качественного скота и обеспечения лучшего здоровья животных. Эти улучшения могут помочь фермерам повысить производительность без увеличения общего объема выбросов метана — при условии, что метан, произведенный на единицу молока или мяса, снизится достаточно, чтобы компенсировать рост производства.
Один из проверенных способов сделать это — кормить животных более усваиваемым кормом, что помогает им и меньше отрыгивать, и усваивать больше питательных веществ для роста и производства молока. В США, например, производство молока выросло на 53% в период с 1990 по 2021 год, в то время как энтеральные выбросы метана на единицу молока снизились примерно на 25% (хотя в этот период также наблюдался значительный рост выбросов при использовании навоза). В то время как многие фермы в развитых странах уже используют легкоусвояемые корма, фермеры в Африке и Южной Азии часто кормят своих животных низкокачественными остатками урожая, такими как рисовая и пшеничная солома, которые могут составлять до 70% рациона коров. В то время как кормление животных остатками урожая предотвращает выбросы, которые в противном случае возникли бы при их сжигании, фермеры также могут обогащать остатки урожая питательными веществами и биохимическими методами для повышения продуктивности животных. Эти преимущества особенно значимы для коров с низкой продуктивностью, помогая им расти крупнее и производить больше молока, одновременно сокращая выбросы метана.
В одном из предстоящий проектWRI будет сотрудничать с Международным институтом исследований животноводства (ILRI) в Эфиопии и Непале с целью разработки устойчивых способов переработки остатков сельскохозяйственных культур в высококачественный корм для животных, что, в свою очередь, может сократить выбросы метана, увеличить производство и создать местные рабочие места.
2) Остановка метана до его утечки: ингибиторы метана
Одним из способов, с помощью которых фермы могут еще больше сократить выбросы, является использование кормовые добавки, ингибирующие образование метана, которые могут помочь снизить количество метана, выделяемого коровами во время пищеварения. Эти ингибиторы особенно подходят для коммерческих и крупных ферм, поскольку стоимость может быть препятствием для мелких ферм, а ингибиторы метана не всегда приводят к повышению производительности.
Например, синтетическая молекула под названием 3-нитроксипропанол (3-НОП) вызвал интерес в последние несколько лет, пройдя обширные испытания НИОКР и получив регулирующее одобрение для использования на мясных или молочных коровах в более чем 60 странах. При введении в малых дозах через корм для коров он может сократить производство метана на вокруг% 30. В настоящее время он применим для коров на откормочных площадках, а системы, которые могут доставлять 3-NOP коровам на выпасе, находятся в стадии разработки. Однако он не повышает производительность, поэтому принятие будет зависеть от затрат. Некоторые компании, занимающиеся продуктами питания и цепочками поставок, такие как Arla Foods UK, испытывают коммерчески одобренный 3-NOP (Bovaer™) на молочных фермах с крупными розничными торговцами. Несмотря на обширные исследования безопасности, дезинформация потребителей вызвала некоторую негативную реакцию. Кроме того, один недавнее долгосрочное исследование показали, что эффекты 3-NOP могут в значительной степени зависеть от типа диеты и могут уменьшаться по мере того, как корова прогрессирует в своем цикле лактации. Это говорит о том, что наличие второго, дополнительного ингибитора, который можно чередовать с 3-NOP, было бы очень ценным.
Еще одна кормовая добавка, ингибирующая метан, которая в последние годы привлекла значительный интерес рынка, — это красная морская водоросль, или аспарагопсис. Красная морская водоросль произрастает в Австралии и одобрена для использования на откормочных площадках для говядины в этой стране. Хотя исследования показывают, что ее потенциал снижения выбросов метана может достигать 90%, долгосрочные испытания показали, о 30% эффективность в снижении выбросов метана.
Одним из вариантов, который может снизить затраты, является использование только его активного ингредиента, бромоформ, в какой-то форме. Проблема в том, что бромоформ был идентифицирован как «вероятный канцероген для человека», хотя есть большая вероятность, что при добавлении небольших количеств в корм они разбиты в пищеварительной системе коровы. Хотя некоторое крупномасштабное производство уже началосьнеобходимы дополнительные НИОКР для решения проблемы потенциально высоких производственных затрат и воздействия на здоровье человека.
3) Разведение коров с низким уровнем метана
Выработка метана у коров связана с их генетикой, некоторые коровы изначально вырабатывают больше метана, чем другие. Выбор пород высшего качества, которые более здоровы и эффективны в плане кормления, является давней практикой фермерства. Аналогично, разведение и отбор коровы с низким содержанием метана которые естественным образом выделяют меньше метана, возможно. В среднем, коровы с низким содержанием метана могут производить Выбросы метана на 22% меньше чем те, которые выделяют много. В отличие от ингибиторов метана, снижение выбросов метана длится всю жизнь коровы и может даже передаваться потомству.
Хотя в мире было несколько пилотов, например, Канада и Новая Зеландия, этот подход все еще нуждается в значительных НИОКР и обучении фермеров для широкомасштабного воздействия. Однако, если он будет принят широко, преимущества сокращения выбросов метана могут быть значительными, поскольку это решение может применяться во всех производственных системах и регионах.
4) Вакцины против метана
Другое новое решение, находящееся на ранней стадии исследований, фокусируется на вакцинах, которые предотвращают образование метана в желудках коров. Эти метановые вакцины может быть введена так же, как и любая другая вакцина для телят, и эффект сохраняется на протяжении всей жизни коровы. Некоторые многообещающие усилия в области исследований и разработок вакцин В настоящее время мы стремимся сократить выбросы метана на 30%. В случае успеха метановые вакцины имеют большой потенциал для более широкого внедрения, поскольку инфраструктура вакцинации хорошо развита в большинстве регионов мира.
5) Альтернативы биореакторам
Когда речь идет о сокращении выбросов метана в результате утилизации навоза, наибольшее внимание уделяется биореакторам.
Биогазовые реакторы используют навоз для производства биогаза, который представляет собой смесь метана и углекислого газа. Проекты реакторов улавливают этот метан для производства электроэнергии или сжимают его для производства «возобновляемого природного газа». Хотя реакторы способны сокращать выбросы метана, в нашем отчете отмечается, что сокращение часто переоценивалось из-за неучета утечек метана из реактора и выбросов из «дигестата», влажного материала, который выходит из реактора в конце и производит метан.
Одной из больших проблем с биореакторами является их стоимость. В США ферме обычно требуется не менее 500 коров, чтобы биореактор был экономически выгоден. Это оставляет малые и средние фермы вне поля зрения. В то же время биореакторы получают значительные субсидии и политическую поддержку в качестве возобновляемых источников энергии. Они также производят сточные воды, которые выделяет больше аммиака, чем сырой навоз и отрицательно влияет на качество воды. Другая потенциальная проблема заключается в том, что во многих странах в метантенки добавляются сельскохозяйственные культуры. Требования к землепользованию и связанные с этим выбросы от выращивания сельскохозяйственных культур, а также утечки метана, как правило, подрывают любые преимущества метантенка по сокращению выбросов.
Между тем, в таких странах, как Индия и Китай, миллионы небольших бытовых реакторов используются уже десятилетиями. Хотя они обеспечивают топливо для приготовления пищи и повышают энергетическую безопасность, плохой мониторинг и утечка метана могли привести к более высоким общим выбросам.
По этим причинам необходимы альтернативы варочным котлам. Одна многообещающая альтернатива включает в себя различные формы разделение твердой и жидкой фаз. При таком подходе фермеры используют механическое оборудование для отделения твердой части навоза от жидкости. Твердая часть затем обычно компостируется, высушивается или используется в качестве подстилки для коров, а жидкая часть хранится в резервуарах или лагунах. Этот метод может сократить выбросы метана до 60% в зависимости от типа используемой технологии, и мы оцениваем затраты намного ниже, чем у биореакторов. Программа альтернативного управления навозом в Калифорнии поддержал установку нескольких сепараторов твердых частиц в штате, однако их глобальное внедрение в целом по-прежнему ограничено, главным образом из-за отсутствия грантов, субсидий или других финансовых инструментов для фермеров.
Еще одной перспективной технологией является подкисление, или смешивание навоза с кислотой. Кислый навоз создает неблагоприятные условия для метанобразующих микроорганизмов и, следовательно, снижает выбросы метана. Такой подход наиболее часто используется в Дании как часть регулирования аммиака в стране. Литература настоятельно поддерживает подкисление для достижения сокращения выбросов метана, закиси азота и аммиака, хотя степень этих преимуществ зависит от частоты, типа и дозировки используемой кислоты. Исследователи сообщают о Сокращение выбросов метана на 89% используя более высокие дозы кислоты и Снижение 46% с меньшими дозами.
Эти альтернативные технологии находятся на ранних стадиях внедрения и заслуживают проведения дополнительных испытаний на фермах для проверки их эффективности, компромиссов и потенциальных сопутствующих преимуществ.
6) Сокращение выбросов метана из риса
Многие подходы могут помочь сократить выбросы метана при выращивании риса, начиная с принятия высокоурожайных сортов риса, которые могут значительно снизить выбросы метана на килограмм произведенного риса. Кроме того, среди тысяч сортов риса по всему миру некоторые из них выделяют меньше метана, чем другие. Выявление и выращивание этих сортов с низким содержанием метана может сократить выбросы на 22–51%.
Одним из таких перспективных сортов является SUSIBA 2, который был принят в некоторых частях мира. 2025 Исследование, по-видимому, раскрыло биохимические механизмы, лежащие в основе способности SUSIBA 2 выделять меньше метана: подавляющие метан химикаты в их корневых системах. Такое нововведение может проложить путь к выведению превосходных сортов риса, которые выделяют до 70% меньше метана.
Простой и недорогой способ сократить выбросы метана при выращивании риса — Альтернативное смачивание и сушка (AWD). Рис растет на «затопленных» полях; AWD подразумевает полное высыхание воды перед повторным затоплением. Существует несколько вариантов этой практики, которые могут сократить выбросы метана на 40-45%. Этот подход также экономит воду, принося пользу регионам с дефицитом воды. Однако возможность использования AWD зависит от надежности дренажа и водоснабжения. Поскольку у большинства фермеров, выращивающих рис, небольшие участки земли, внедрение AWD работает лучше всего, когда несколько ферм координируют свое управление водными ресурсами. Для этого требуются проекты на уровне общин для эффективного управления уровнями воды и предоставления фермерам правильной поддержки и стимулов.
Переход от исследований к действию
В действительности правительства выделили крайне ограниченные ресурсы на решение проблемы снижения выбросов метана на фермах, но захватывающей новостью является появление многообещающих решений даже при ограниченных средствах. Даже скромное увеличение финансирования, вероятно, будет способствовать большему прогрессу. Правительствам необходимо подходить к этим решениям так же, как они подходили к решениям в энергетическом секторе, с поддержкой и инвестициями, направленными на инновации. В то время как некоторые стратегии кажутся готовыми к быстрому расширению, другие требуют разумного финансирования НИОКР и поддержки крупномасштабных пилотных проектов.
Правительства можно ускорить внедрение технологий снижения выбросов метана путем предоставления целевых субсидий фермерам и интеграции мер по снижению выбросов метана в более широкая сельскохозяйственная политикаЧтобы сократить выбросы от животноводства и производства риса, странам следует разработать стратегии, которые охватывают их уникальные производственные системы, и сосредоточиться на наращивании потенциала для принятия долгосрочных устойчивых решений, которые также могут улучшить продовольственную безопасность.
Между тем, частный сектор должны инвестировать в испытания и НИОКР, чтобы постоянно улучшать новые технологии смягчения и делать свои знания доступными для общественности. Больше пилотных проектов могут помочь обеспечить принятие потребителями до того, как будут развернуты крупномасштабные испытания. Многомиллионные инициативы НИОКР могут оказать глубокое влияние на развитие науки и сделать исследования доступными для всех. Одним из примеров является Ускоритель исследований и разработок в области энтеральной ферментации, которая финансирует прорывные исследования в области технологий, которые сокращают выбросы метана скотом, делая их привлекательными для фермеров и адаптируемыми к различным производственным системам по всему миру. Более открытый обмен данными также может ускорить полевые испытания.
В конечном итоге правительства и частный сектор должны работать вместе, чтобы поддержать фермеров, занимающихся скотоводством и выращиванием риса. При использовании правильных методов и технологий фермы по всему миру могут повысить продовольственную безопасность, одновременно замедляя изменение климата.
