甲烷是排放量仅次于二氧化碳（CO2）的温室气体。日本也加入了欧美主导的2030年之前将全球甲烷排放量较2020年削减30％的倡议。牛会通过打嗝排放甲烷，畜牧业的甲烷排放量约占人为排放源的30％。旨在利用传感器和人工智能（AI）实现尽可能不排放甲烷的畜牧系统的研究开发也在进行中。2050年有望解决牛的“打嗝问题”。
日本政府的大型研发制度“登月型研发项目”中提出了将牛的甲烷排放量削减80％，将生产力提高10％的目标。减少甲烷排放，减排的部分相应变为营养，有望以相同的饲料投喂量增加牛肉和牛奶的产量。
该项目计划在每头牛的胃里植入无害的小型传感器，收集胃中的信息，并无线发送到计算机上。目标是利用AI计算能抑制甲烷排放的最佳饲料量，实现自动投喂饲料。
首先将明确牛产生甲烷的详细机理。物质材料研究机构的副基地长一之濑泉等人着眼于名为“丙酸”的有机物。甲烷和丙酸在微生物分解饲料的过程中产生。甲烷的产生量越少，丙酸的产生量就越多。丙酸也是牛的一种营养来源。
在含有机物和饲料等多种物质的牛胃中只分离气体成分的膜（图片由物质材料研究机构一之濑提供）
物质材料研究机构正致力于开发将传感器植入牛的胃中，以无线方式发送丙酸生成情况的系统。已经实现实用化的传感器，可以测量胃里的温度和氢离子浓度（pH）等。然而，牛的胃里充满了正在分解的饲料、微生物和有机物等物质，是“不适合运行传感器的污秽环境”（一之濑）。很难准确测量有机物。
因此，物质材料研究机构制作了可以在胃里保护传感器，而且只能通过气体的强韧分离膜。该分离膜将带有疏水微孔，以及粘合在一起的强韧的膜制成的。当胃里的物质通过分离膜时，可以只通过有机物、空气和水蒸气等气体的混合物。
该机构还着眼于软管和管道使用的丙烯腈-丁二烯橡胶（NBR）的吸水量。这种橡胶通常不吸水，但研究发现，其吸水量会随着水中所含的丙酸的量增加。通过测量橡胶的吸水量，“可以检测到气体中低至0.5PPM（PPM为100万分之1）的丙酸。”（一之濑）
该机构还在推进传感器的设计和开发，打算2022年度以后开始将试制的传感器植入牛的胃里，进行验证实验。还将确立即使在远处放牧时也能获得传感器数据的无线通信技术，计划2030年实现实用化。
农业食品产业技术综合研究机构（农研机构）指出，即使给相同品种的牛投喂相同重量的饲料，甲烷的生成量也可能出现不同的情况。牛胃里的甲烷生成量较少的特点被认为会遗传。因此该机构还开始培育甲烷生成量少的牛。如果成功的话，将有助于削减甲烷排放。
还考虑采取投喂微生物的方法
| 研究牛胃的技术动向与抑制甲烷生成的方法的普及前景 | |
| 1940年代 | 确立分离牛瘤胃微生物的方法的原型 |
| 1980年代 | 在生成甲烷的微生物学研究中加入预防全球变暖的视点 |
| 2010年代 | 碱基序列的破译技术取得发展，微生物也利用基因组分析法 |
| 2021年 | 可连续测量胃中pH值的传感器上市 |
| 2025年 | 完成测量胃中有机物的传感器试制品 明确胃中生成甲烷的基本机制 |
| 2030年前后 | 可监测胃中的有机物并估算甲烷量 |
| 2050年前后 | 可密切掌握胃里的环境进行饲养 普及适当投喂抑制甲烷生成的微生物的方法 |
为了大幅减少牛排放的甲烷，基于采用传感器的畜牧系统和育种外，改良饲料等也被认为是有效的方法。
农研机构的主任研究员真贝拓三等人调查了牛胃里的数千种微生物，确定并分离了生成丙酸的微生物。向大量生成甲烷的牛投喂这种微生物，以改善它们胃里的环境。真贝表示：“这与人类通过喝酸奶获得乳酸菌的想法是一致的。”
投喂的微生物能在牛的胃里存活下来吗？需要调查存活情况是否会随着投喂时间、投喂量和饲料发生变化等。计划2025年明确其基本机理。
随着全球人口的增长，畜牧业的扩张可能导致水的消耗和温室气体排放的增加，从而加大环境的负荷。虽然目前备受关注的替代肉等植物蛋白来源和昆虫蛋白来源预计今后会继续增加，但畜牧业不太可能会消失。
登月型项目在削减甲烷排放量的同时，还提出了提高生产力的目标，这一点可以说意义重大。在实现可持续发展社会的过程中，畜牧业该如何变化受到考验。
日文：北川舞、《日经产业新闻》，2021/11/26
中文：JST客观日本编辑部
