屁这个东西，人们总避之不及。想象一下，如果有一头牛在你身边放个屁，那声音估计绵延悠长，还有可能飞出来点“不明物体”。但是有谁曾想过，有这么一群人专门收集牛放的屁，甚至还发明出了牛屁采集包。根据媒体报道，来自阿根廷的科研人员通过实验，每天能从1头奶牛中收集大约300升甲烷气体。那么，他们收集牛屁到底有什么用途？牛又是如何产生甲烷的呢？
牛：服了，喝我的奶，吃我的肉还要收我的屁！
首先我们来聊一聊，让人避之不及的屁究竟是什么？屁也叫“矢气”，是从肛门排放出来的废气。屁是一种混合气体，其中主要的成分有氮气、氢气、二氧化碳、甲烷、氧气、氨气、挥发性氨基酸和短链脂肪酸等。其中氮气占59%；氢气占21%；二氧化碳占9%；甲烷占7%；氧气占3%，这些都是无味气体，而剩下的氨、挥发性氨基酸和短链脂肪酸是屁中臭味的来源，占比不到屁总体积的1%。
🔺屁的组成
众所周知，牛是一种反刍动物，其独特的消化系统使其成为甲烷生产的“大户”。奶牛的胃分为四个部分：瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃。其中瘤胃体积最大，瘤胃中的瘤胃微生物生态系统与甲烷产生有密切关系。
🔺牛的四个胃
当反刍动物摄取富含纤维素和半纤维素的植物性饲料时，这些物质在瘤胃内经历厌氧发酵过程，转化为丙酮酸，并伴随着大量二氧化碳的生成。在这一过程中，瘤胃中的微生物对碳水化合物进行分解，生成挥发性脂肪酸，并在此过程中释放出众多电子载体，这些载体随后又被还原成氢气。
然后，瘤胃中的产甲烷菌，尤其是那些占据主导地位的甲烷再生杆菌，利用这些氢气和甲酸盐，通过氢营养途径，将二氧化碳转化为甲烷。这一途径是瘤胃内甲烷合成的主要方式，据估计，瘤胃中大约82%的甲烷是通过这种方式产生的。
🔺反刍动物产生甲烷的过程
除了这一主要途径外，还有一些瘤胃产甲烷菌能够将含甲基的化合物，例如甲胺、甲醇和甲硫醇等，氧化成二氧化碳，并在此过程中产生电子，这些电子随后被用来将甲基还原成甲烷。
此外，还有一些特定的瘤胃产甲烷菌，如产甲烷石状菌属，它们能够与乙酸盐发生反应，将其转化为二氧化碳和甲烷。最终，这些在牛体内生成的甲烷通过打嗝或放屁的形式被排放到外界环境中。
提到温室气体大家的第一反应都是二氧化碳，论排放量，二氧化碳确实是最普遍的温室气体。尽管甲烷的总量远不及大气中二氧化碳的总量，但每分子甲烷的温室效应潜能却是二氧化碳的25倍。所谓温室效应潜能其实是一个指数，一般是指100年的时间年内，以二氧化碳为基准，各种温室气体能造成的温室效应。这主要取决于该化学物质对红外线的吸收能力和在大气中的寿命长度。而甲烷，不仅对红外线的吸收能力强大，在大气中的寿命也很长，一般能在空气中停留9-15年。
🔺牛背上的牛屁背包
因此，为了应对牛放屁带来的环境问题，阿根廷的科学家们发明了一种“牛屁背包”。这种背包可以直接将管子插入牛的胃部，收集其产生的甲烷气体。通过这种方式，每头牛每天能收集约300升甲烷。这些收集到的甲烷可以被纯化为天然气，用作汽车燃料。
🔺将管子插入牛的胃部
除了将牛屁收集起来，科学家们还想了其他办法来应对牛放屁带来的环境问题。奶牛的甲烷排放主要与其饲料成分和瘤胃内的消化过程有关。基于这一认识，一些科学家进行了实验研究，发现在奶牛饲料中加入一种特定的添加剂能够显著降低甲烷排放量，降幅能达到30%。
🔺这头奶牛是加州大学戴维斯分校研究项目的一部分，该项目旨在研究海藻对降低牛只甲烷排放的作用
这种添加剂名为3NOP（3-nitrooxypropanol），其作用机理在于抑制瘤胃内酶的活性，阻止酶与饲料间的催化反应，从而减少甲烷的生成。实验结果表明，与未添加3NOP的对照组相比，使用了这种添加剂的奶牛不仅甲烷排放量减少了30%，而且体重也有了显著增加，增幅达到了80%。
除了调整饲料成分，科学家们还探索出了其他减少奶牛甲烷排放的方法。在新西兰，一些奶牛通过接种一种特殊疫苗，这种疫苗能够抑制瘤胃中的一类产甲烷的微生物，有效预防了奶牛在消化过程中甲烷的生成。
万万没想到，屁竟然是最好的新能源。由此看来，收集牛屁工作表面看似是一项不太体面、干着难受的工作，实则是一种既环保又节能的科研尝试，这些工作为我们人类减少温室气体排放以及发展新能源开创了积极的示范效应。
[1]https://www.fastcompany.com/3054212/collecting-cow-farts-the-stupid-brilliant-solution-to-global-warming
[2]https://www.livescience.com/52698-kangaroo-farts-produce-methane.html
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/tgy7CjbaIXEEpbl4yihpNA
[4]https://mp.weixin.qq.com/s/lbDcZlBV405Ri6Cr3fTiaw
[5]https://mp.weixin.qq.com/s/luZcF30hdB9NX_RV9bxTbA
[6]https://mp.weixin.qq.com/s/O-kFUVZRxhMJhW40q_nHFg
[7]https://mp.weixin.qq.com/s/qJLzENyVlEAMOiiI8MUKWA
