Wissenschaftler aus Colorado untersuchen den Darm von Rindern, um den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren

In vielerlei Hinsicht sind die Forschungsställe der Colorado State University (CSU) das, was Sie auf Ihrem normalen Viehmast finden würden. Natürlich gibt es Kühe, jede Menge Schlamm und den unvermeidlichen, nasentreibenden Gestank von Vieh.

Aber dieser Futterplatz im landwirtschaftlichen Forschungs- und Bildungszentrum der CSU in Fort Collins dient gleichzeitig als wissenschaftliches Labor. Hier lernen Forscher des AgNext-Programms – einer spezialisierten Forschungsgruppe für Nachhaltigkeit in der Tierhaltung – etwas über die Treibhausgase, die Kühe produzieren, wenn sie herumstehen und Futter verdauen. Der Mastbetrieb ist mit Geräten im Wert von mehreren Millionen Dollar ausgestattet, die es Wissenschaftlern ermöglichen, alles zu verfolgen, was in jede Kuh gelangt, und auch einen Teil dessen, was herauskommt.

Spezielle Futterbehälter nutzen die Radiofrequenz-Identifikationstechnologie (RFID), um jede Unze Mais zu verfolgen, die pro Kuh verzehrt wird. Ein weiteres Gerät namens GreenFeed-Maschine analysiert die Gase, die Rinder ausatmen. Es ist ein bisschen wie ein High-Tech-Kaugummiautomat, der nach einem Zeitplan und auf Befehl einer von Forschern betriebenen Smartphone-App leckere Kuh-Leckereien – Luzerne-Pellets – ausgibt.

An einem kühlen Nachmittag im März demonstrierte Sara Place, Professorin für Tierwissenschaften an der Colorado State University, die Technologie, indem sie auf eine Taste ihres Telefons tippte. Ein hoher elektronischer Glockenton ertönte, und die Luzerne-Pellets fielen in eine Öffnung auf Kuhhöhe und erregten die Aufmerksamkeit eines großäugigen Angus, der sich auf den Weg machte, um etwas zu essen.

„Er steckt mit dem Kopf in der Maschine fest und kaut einen kleinen Snack“, erklärte Place.

Trotz weit verbreiteter Missverständnisse über die Gefahren von Blähungen bei Rindern gelangt das meiste Methan in Form von Darmemissionen aus dem Vorderteil der Kuh. Das heißt, jedes Mal, wenn eine Kuh einen Snack aus dem GreenFeed-Automaten bekommt, hat Place die Möglichkeit, Informationen einzuholen.

„Die Luft wird um das Gesicht des Tieres herum angesaugt und alles, was es ausatmet, gelangt direkt in die Maschine“, sagte Place. „Daraus können wir Echtzeitdaten zu den Methanemissionen erhalten.“

Methan ist ein starkes Treibhausgas, dessen Erwärmungskraft in den ersten 20 Jahren seiner Emission 80-mal stärker ist als die von Kohlendioxid. Die Tierhaltungsindustrie, zu der alle Betriebe gehören, die Tiere für Fleisch oder Milchprodukte züchten, produziert mehr Methan als jede andere menschliche Aktivität in den USA

Klimaexperten sagen, uns läuft die Zeit davon, eine Klimakatastrophe zu verhindern. Um das Schlimmste zu verhindern, ist es laut Experten unbedingt erforderlich, die Treibhausgasemissionen vor 2030 drastisch zu senken. Umweltverbände haben ehrgeizige Ziele, die landwirtschaftlichen Methanemissionen bis zum Jahr 2030 weltweit um 30 Prozent zu reduzieren.

Aber wenn es um die Emissionen aus der Viehwirtschaft geht, steckt die Wissenschaft noch in den Kinderschuhen und es ist noch nicht klar, ob die Reduzierungen rechtzeitig erfolgen werden – oder wie.

Place hofft, das mit ihrer Arbeit in den Forschungsgehegen zu ändern.

„Wir wollen Lösungen finden, die dazu beitragen können, diese Emissionen zu verringern, um die Klimaauswirkungen von Rindfleisch zu verringern“, sagte Place.

Eine heikle Angelegenheit

Die Reduzierung des Klima-Fußabdrucks von Rindfleisch ist ein komplexes Problem. Laut Kim Stackhouse Lawson, Leiterin des AgNext-Programms der CSU, gehört die Produktion von Methan einfach dazu, eine Kuh zu sein.

„Sie sollen biologisch Methan produzieren“, sagte sie.

Die Gase sind das Nebenprodukt eines komplexen Fermentationsprozesses, der im größten Magen einer Kuh, dem Pansen, abläuft. Um diese Gleichung zu ändern, muss man am komplexen mikrobiologischen Ökosystem im Magen eines lebenden Tieres herumbasteln, was bedeutet, dass wir immer noch vieles nicht wissen.

Beispielsweise liegen noch keine experimentellen Daten zu Basisemissionen aus der Viehwirtschaft vor.

„Die Daten sind nicht detailliert genug“, sagte Stackhouse Lawson.

Das beste Verständnis des Bildes der Rinderemissionen liefert das Treibhausgasemissionsinventar der Environmental Protection Agency, dessen Daten aus einem Modell abgeleitet werden, das Emissionsfaktoren verwendet – im Wesentlichen Multiplikatoren aus einem Diagramm, sodass die Daten eher auf Gleichungen als auf direkten Messungen basieren Tiere selbst.

Stackhouse Lawson sagte, dass die Bestandsaufnahme die Emissionen von Nutztieren auf der Ebene der gesamten USA recht gut abschätzen kann. Aber für einzelne Betriebe, die versuchen, den CO2-Fußabdruck ihrer eigenen Herden zu erfassen, sind diese Zahlen zu allgemein, um die ganze Geschichte zu erzählen.

„Es gibt zu viele Unterschiede zwischen den Tieren, es gibt zu viele Unterschiede innerhalb der Region“, sagte sie.

Das Team von Stackhouse Lawson arbeitet erst jetzt daran, genauere Zahlen zu entwickeln. Sie zitierte überraschende erste Daten aus den Forschungsställen der CSU, die zeigen, dass die Mengen an Methan, die Kühe produzieren, von Tier zu Tier stark variieren können, was auf völlig neue Grenzen der Forschung schließen lässt.

„Gibt es eine genetische Komponente?“ Sie wunderte sich. „Würden wir Tiere auswählen, die weniger Methan haben?“

Das CSU-Team untersucht auch andere Variablen wie Futterzusatzstoffe, die die Emissionen vollständig reduzieren können.

John Tauzel, leitender Direktor für globales Methan in der Landwirtschaft beim Environmental Defense Fund, erklärte, dass erfolgreiche Zusatzstoffe „das Biom des Kuhmagens verändern werden, um die Menge an Methanogenen – den Organismen, die das Methan erzeugen“ zu reduzieren. Aufgrund der komplizierten Struktur der Viehwirtschaft und der biologischen Feinheiten der Mikrobiome von Rindern beschrieb er diese Lösung als „wirklich sehr komplex“.

Dieses komplexe Problem ist immer noch nur teilweise gelöst, was zum Teil auf fehlende Mittel für die Forschung zurückzuführen ist. Tauzel wies darauf hin, dass nur 2 Prozent der Bundesmittel, die Forschung und Entwicklung zur Klimaanpassung und -minderung in der Landwirtschaft unterstützen, in die Reduzierung von Darmemissionen fließen.

„Wir brauchen mehr Investitionen in diesem Bereich, wenn wir die von uns benötigten Zeitverkürzungen erreichen wollen“, sagte Tauzel.

Diese Investition beginnt zu kommen. Erst letzte Woche gab das Team von AgNext bekannt, dass es vom US-Landwirtschaftsministerium einen Zuschuss in Höhe von 1 Million US-Dollar für Conservation Innovation erhalten hat. Mit dem Geld wird die weitere Erforschung der Emissionen auf dem Feedlot unterstützt. Es wird den Forschern auch ermöglichen, ihre Untersuchung der Rinderemissionen auszuweiten, um Kühe zu untersuchen, die auf einer Weide grasen.

Stackhouse Lawson hofft, dass mehr Mittel Teil des nächsten Agrargesetzes sein könnten, das derzeit im Kongress verhandelt wird.

Bis mehr Bundesgelder fließen, ist die Forschung zu Rinderemissionen darauf angewiesen, dass die Industrie die Finanzierungslücke schließt.

Der Anteil der Industrie an der Reduzierung von Emissionen

Five Rivers Cattle Feeding bezeichnet sich selbst als den weltweit größten Viehfütterungsbetrieb. Das im Norden Colorados ansässige Unternehmen betreibt 13 Mastbetriebe in sechs westlichen Bundesstaaten mit der Kapazität, jeweils bis zu 900.000 Rinder zu mästen. Normalerweise verbringt eine Kuh etwa sechs Monate auf einem der Futterplätze von Five Rivers und kann in dieser Zeit zwischen 500 und 700 Pfund zunehmen.

„Uns geht es vor allem um Effizienz“, sagte Tom McDonald, Vizepräsident für Umweltangelegenheiten und Nachhaltigkeit. „[Wir] sorgen dafür, dass die Rinder auf dem Futterplatz Höchstleistungen erbringen.“

Zu diesem Engagement für die Leistung von Rindern gehört auch die Unterstützung der laufenden Arbeit in den Forschungsställen der CSU.

„Das ganze Ziel hier besteht darin, herauszufinden, wie hoch unser Treibhausgas-Fußabdruck ist, und wie können wir ihn dann verbessern?“ sagte McDonald.

Alle Tiere der Emissionsforschung an der CSU sind Leihgaben von Five Rivers. Das Unternehmen liefert auch Futter für die Tiere und hat Ausrüstung im Wert von 600.000 US-Dollar für den Zweck gespendet, darunter die GreenFeed-Maschinen, die die Ausdünstungen der Kühe sammeln und analysieren.

McDonald sagte, sein Unternehmen erwarte, diese beträchtliche Investition und darüber hinaus einen Teil der durch die Forschung möglichen Effizienzgewinne wieder hereinzuholen.

Methan ist schließlich nicht nur ein Treibhausgas. „Methan ist Energie“, sagte McDonald. „Wenn Energie verloren geht, ist das eine verschwendete Ressource.“

Die CSU-Forscherin Sarah Place sagte, dass die Verringerung der Methanemissionen von Kühen tatsächlich dazu führen könnte, dass mehr Rindfleisch zur Verfügung steht.

„[Methan] sind im Wesentlichen Futterkalorien, die das Tier frisst und die tatsächlich in die Atmosphäre verloren gehen“, erklärte Place. Das heißt, je weniger Methan eine Kuh bei der Verdauung ausatmet, desto mehr Gewicht nimmt sie zu, aus dem letztendlich Rindfleisch wird. Mit anderen Worten: Eine Kuh mit geringerem Schadstoffausstoß kann Maisfutter effizienter in Körpermasse umwandeln als eine Kuh mit höherem Schadstoffausstoß.

McDonald verglich das Interesse des Unternehmens, die Methanemissionen der Kühe zu senken, mit jeder anderen vernünftigen Geschäftsentscheidung.

„Wenn wir die Ausrüstung in der Futtermühle aufrüsten, achten wir auf energieeffiziente Ausrüstung. Wir sind bestrebt, unseren Energieverbrauch in diesen Bereichen zu reduzieren“, sagte er. „Was die Leistung der Rinder betrifft, nutzen wir die verfügbaren Werkzeuge, um den Rindern zu helfen, schneller zu wachsen und schneller zuzunehmen.“

Ein Wettlauf gegen den Klima-Zeithorizont

Doch trotz aller Begeisterung aus der Agrarindustrie ist die Arbeit bei AgNext und einer Handvoll verwandter Forschungseinrichtungen im ganzen Land noch jung. Wissenschaftler arbeiten daran, vielversprechende Behandlungen aus der ursprünglichen Laborumgebung in tatsächliche, skalierbare Anwendungen in der Masthaltung zu übertragen.

„Wir haben eine Menge spannender Forschungsarbeiten im Gange“, sagte Stackhouse Lawson. „Aber es ist noch nicht fertig.“

Laut Ben Lilliston, Direktor für Klima- und ländliche Strategien am Institute for Agriculture and Trade Policy, einer Denkfabrik für Klima und Landwirtschaft, ist das ein Problem.

„[Die Technologien] sind noch nicht bewiesen“, sagte Lilliston. „Wir müssen die Emissionen wirklich schnell reduzieren, etwa in den nächsten sieben Jahren. Spekulative Technologien sind … Wissen Sie, das heißt nicht, dass es sich nicht lohnt, sie zu erforschen, aber [ich] würde mich nicht darauf verlassen, dass sie ein echtes Klima sind.“ Mitigationstrategie."

Abgesehen vom Mangel an Lösungen, die für die Weidehaltung geeignet sind, nennt Lilliston die Massentierhaltung selbst – ein auf kontinuierliches Wachstum ausgerichtetes Industriesystem – als Hauptursache.

„Selbst wenn Sie durch einige dieser wissenschaftlichen Fortschritte in der Lage sind, die Emissionen ein wenig zu reduzieren, werden Sie diese zunichte machen, wenn Sie die Anzahl der Tiere, die Teil dieses Systems sind, weiter steigern und erhöhen Gewinne“, sagte er.

Er betrachtet die neuen Technologien als eine Ablenkung von der größeren Frage, die wir nicht stellen: Wie viele Rinder und Milchkühe brauchen wir in diesem Land? Schließlich besteht eine unmittelbarere Lösung für das Methanproblem bei Nutztieren darin, weniger Kühe zu halten.

„Die Reduzierung der Rinderherde ist der offensichtlichste Weg, die tatsächlichen Emissionen zu reduzieren“, sagte Lilliston.

Eine kleinere Rinderherde würde natürlich bedeuten, dass weniger Fleisch und Milchprodukte auf den Markt kommen, was sich auf die Essensauswahl der Verbraucher auswirken würde. Es ist eine Situation, die John Tauzel nicht für machbar hält.

„Aus verschiedenen Gründen, sei es aus sozialen oder wirtschaftlichen Gründen, werden tierische Produkte auf absehbare Zeit weiterhin einen erheblichen Teil der globalen Ernährung ausmachen“, sagte Tauzel.

Aus diesem Grund hält er es für entscheidend, die Forschung zu den Methanemissionen von Nutztieren voranzutreiben.

„Wenn Menschen sich dafür entscheiden, einen Hamburger zu essen, wollen wir sicherstellen, dass der Methan-Fußabdruck, den sie beim Verzehr dieses Hamburgers haben, möglichst gering ist“, sagte Tauzel.

Was Place betrifft, möchte sie Lösungen finden, die gleichzeitig für Verbraucher, Viehzüchter und das Klima funktionieren.

„Letztendlich wollen wir sicherstellen, dass wir praktische Lösungen schaffen, die in der realen Welt übernommen werden können“, sagte Place.

Schließlich mögen die Leute ihre Burger. Es könnte einfacher sein, das Mikrobiom des Darms eines Tieres zu verändern, als die Gelüste eines hungrigen Planeten zu verändern. Copyright 2023 KUNC. Um mehr zu sehen, besuchen Sie KUNC.