Methanbildung und -messung

Die Methanproduktion von Milchkühen steht in der Diskussion. Wer den Methanausstoß reduzieren möchte, muss wissen, wie es entsteht und wie es auch in der Praxis gemessen werden kann.

Milchkühe haben einen bedeutenden Anteil an den Methanemissionen der landwirtschaftlichen Tierhaltung. Das liegt an ihrem Verdauungssystem als Wiederkäuer. Denn bei der Verdauung entsteht durch die Stoffwechselprozesse von Mikroben Methan, das in der Folge von den Tieren freigesetzt wird.

Rinder sind evolutionstechnisch gesehen Steppentiere. Ihr Verdauungsystem ist an das Verstoffwechseln von teilweise schwer verdaulichem Steppengras - und somit schwerverdaulicher Rohfaser - angepasst. Die Stoffwechselprozesse geschehen in einem mehrstufigen Vorgang in insgesamt vier Mägen.

Einerseits ermöglicht diese angepasste Art der Verdauung die Verwertung von unterschiedlichstem Grünland, was zum Beispiel in der Mutterkuhhaltung, Rindermast und Milchviehhaltung gezielt genutzt wird. Andererseits entsteht durch die Fermentation im Verdauungssystem der Rinder Methan und damit ein klimarelevantes Treibhausgas.

Methan entsteht bei der Fermentierung im Pansen

Wer den Methanausstoß von Rindern beeinflussen möchte, muss also die Vorgänge im Verdauungssystem verstehen.

Vor allem im Pansen, dem ersten der drei Vormägen, befinden sich zahlreiche unterschiedliche Mikroorganismen wie Bakterien, Archaeen, Protozoen und Pilze. Diese helfen dabei, das ansonsten schwer verdauliche und faserreiche Futter zu verwerten. Das Futter wird also mit ihrer Hilfe mikrobiell umgewandelt. Dieser Prozess wird auch Fermentation genannt. Von dort gelangt der Futterbrei weiter in die anderen Mägen.

Durch die Fermentation entstehen kurzkettige Fettsäuren wie Essig-, Propion- und Buttersäure. Bei der Zersetzung von Kohlenhydraten durch Bakterien entsteht außerdem Wasserstoff (H₂). Die Archaeen, einzellige Organismen, reduzieren den Wasserstoff mit Kohlendioxid (CO₂) dann zu Methan (CH₄). Das Methan stossen die Tiere anschließend zum größten Teil über Aufstoßen durch das Maul an die Umwelt ab.

Mit der Bildung von Methan wird der Wasserstoff aus dem Pansen entfernt und so die Verdauung aufrechterhalten. Deshalb entsteht Methan zwangsläufig bei der Verdauung von Milchkühen. Die Bildung von Methan kann niemals vollständig unterbunden werden.

Futterration beeinflußt die Methanbildung

Allerdings hat die Rationsgestaltung einen Einfluß auf die Methanbildung. Sowohl die Höhe der Futteraufnahme als auch der Faser- und Fettgehalt in der Futterration verändern die Menge an produziertem und ausgestoßenem Methan.

Wie hoch die Menge des gebildeten Methans ist, kann anhand des Fettsäuremusters in der Milch geschätzt werden. Denn es besteht zwischen der Synthese der Milchfettsäuren und der Produktion von Fettsäuren und Methan in den Vormägen ein Zusammenhang.

Methanbildung bei Milchkühen lässt sich messen

Zur deutlichen Senkung des Methanausstoßes ist es zunächst erforderlich, die Größenordnung möglichst genau zu kennen. Denn, wie bekannt: nur was messbar ist, kann objektiv bewertet werden. Ebenso lässt sich der Erfolg von Minderungsmaßnahmen nur auf diese Weise objektiv feststellen.

Messmethoden der Wissenschaft

Die direkte Messung des Methanausstoßes von Kühen wird wissenschaftlich zum Beispiel in Klima- und Respirationskammern vorgenommen, bei denen Tiere in einem definierten Raum gehalten werden.

Bei wissenschaftlichen Versuchen auf der Weide wird der Methanausstoß am Einzeltier zumeist mittels "Schwefelhexafluorid (SF6)-Tracer Gas-Technologie" gemessen. Diese misst das Verhältnis von Schwefelhexafluorid zu Methan und errechnet so den Methanausstoß.

Außerdem kann der Methan-Ausstoß über einen Laser-Methan-Detektor (LMD) erfasst werden.

Im Mai 2023 wurde an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft, LfL, das Forschungsprojekt MethaCow gestartet, bei dem die Methanwerte der Kühe mittels "GreenFeed-Stationen“ gemessen werden. Das GreenFeed-System ist eine  Kraftfutterabrufstation, bei der die Atemluft des Tieres durch einen im geschütztem Kopfraum obenliegenden Absaugkamin erfasst wird. 
Auch an anderen Forschungseinrichtungen wie dem Friedrich-Löffler-Institut für Tierernährung in Braunschweig, dem Landwirtschaftlichen Zentrum Baden-Württemberg in Aulendorf oder dem Forschungsinstitut für Nutztierbiologie in Dummerstorf wird der Methanausstoß mit dem GreenFeed-System ermittelt.

Messmethoden für die Praxis

In der Praxis ist es möglich, den Methanausstoß einer Milchviehherde beispielsweise über die Infrarotspektren der Milch zu berechnen. Dabei wird eine Milchprobe mit Mittelinfrarot-Licht bestrahlt und so gleichzeitig die Absorption der Inhaltsstoffe gemessen. Danach werden die Daten mittels einer mathematischen Kalibriergleichung für Methan verrechnet.

Vorteile für die Milchviehbetriebe

Der Vorteil eines solchen Systems für die Praxis ist, dass die Probenentnahme und Analyse der Milch zum Standard vieler Milchviehbetriebe gehört. Die für die Methanmessung erforderlichen Daten sind somit vorhanden und können verknüpft werden. Die Landwirtinnen und Landwirte erhalten mit diesem Verfahren relativ einfach eine Rückmeldung über die aktuellen Methanwerte ihrer Herde. Das erlaubt ihnen, gezielt Maßnahmen zur Minderung des Ausstoßes zu ergreifen oder diese zu bewerten.