메탄은 기후변화의 두 번째로 큰 원인이며 인간 활동으로 인한 메탄 배출의 대부분은 가축에서 발생한다. 연구에 따르면 소에게 해초 보충제를 먹이면 메탄 배출량을 줄이는 데 도움이 된다. 그러나 해조류를 가축 식품 첨가물로 상업화하려면 많은 단계가 필요하며 규제 기관의 승인을 받아야한다.

메탄은 수명이 짧지만 강력한 온실가스이며 이산화탄소 다음으로 기후 변화에 두 번째로 큰 기여를 한다. 그리고 인간에 의한 메탄 배출의 대부분은 가축에서 발생한다.

농업용 메탄의 약 70%는 소와 다른 방목 동물이 식물을 분해할 때 발생하는 화학 반응인 장 발효에서 비롯된다. 동물들은 대부분의 메탄을 트림하고 나머지는 자만심으로 전달한다.

전 세계적으로 약 10억 마리의 소가 있으므로 장용 메탄을 줄이는 것이 전체 메탄 배출량을 줄이는 효과적인 방법이다. 그러나 소의 식단을 소화가 잘되는 사료로 바꾸거나 지방을 더 추가하는 것과 같은 대부분의 옵션은 비용 효율적이지 않다. 2015년 연구에 따르면 해초를 소의 정상적인 사료 첨가제로 사용하면 메탄 생산을 줄일 수 있다고 제안했지만 이 연구는 살아있는 동물이 아닌 실험실에서 수행되었다.

우리는 가축을 중심으로 지속 가능한 농업을 연구한다. 새로 발표된 연구에서 우리는 붉은 해조류(Asparagopsis)를 사료 보충제로 사용하면 육질에 영향을 주지 않고 메탄 배출량과 사료 비용을 모두 줄일 수 있음을 보여준다. 이러한 발견을 확장하고 상업화할 수 있다면 가축 생산을 보다 경제적이고 환경적으로 지속 가능한 산업으로 바꿀 수 있다.

식물 소화 기계

소, 양, 염소와 같은 반추 동물은 인간과 돼지, 닭과 같은 단순한 위를 가진 동물이 소화할 수 없는 식물 물질을 소화할 수 있다. 이 독특한 능력은 반추 동물의 4개 구획 위, 특히 발효시켜 영양분으로 분해하는 다양한 미생물을 포함하는 반추위 구획에서 비롯된다.

이 과정은 또한 이산화탄소와 수소와 같이 젖소의 몸이 흡수하지 않는 부산물을 생성한다. 메탄 생성 미생물이라고하는 메탄 생성 미생물은 이러한 화합물을 사용하여 젖소의 몸에서 배출되는 메탄을 형성한다.

우리는 2019년 연구에서 이 문제를 처음 분석했는데, 이는 실험실이 아닌 소에서 수행된 최초의 연구이다. 이 연구에서 우리는 젖소의 사료를 하루에 약 10온스의 해조류로 보충하면 메탄 배출량이 최대 67%까지 감소한다는 것을 보여주었다. 그러나 상대적으로 많은 양의 해초를 먹은 소는 사료를 덜 소비했다. 이것은 우유 생산을 감소시켰으며 낙농가에게는 분명한 단점이다.

우리의 새로운 연구는 가축에 해조류 보충제를 사용할지 여부를 고려하는 농부들에게 중요한 몇 가지 질문에 답하고자 했다. 우리는 해초가 최대 3년 동안 저장되었을 때 안정적인지 알고 싶었다. 소의 뱃속에서 메탄을 생성하는 미생물이 해조류에 적응하여 효과가 없을 수 있는지 여부; 젖소가 먹은 식단이 메탄 배출량을 줄이는 데 있어 해초의 효과를 바꾸었는지 여부. 그리고 우리는 2019년 연구보다 해초를 덜 사용했다.

이미지 출처: Breanna Roque, CC BY-ND

적은 사료로 더 나은 성장

연구를 위해 21주 동안 21마리의 소고기 사료에 매일 동물 당 1.5~3 온스의 해초를 추가했다. 가축 사료의 대부분의 새로운 재료와 마찬가지로 동물이 해초 맛에 익숙해지는 데는 시간이 좀 걸렸지만 몇 주 만에 익숙해졌다.

연구중인 젖소들은 식단에서 해초에 빠르게 적응했다. 이미지 출처: Breanna Roque, CC BY-ND

우리가 예상한대로 조종사는 시스템이 메탄을 적게 생성하므로 대부분의 경우 입에서 최대 750% 더 많은 수소를 방출했다. 수소는 환경에 미치는 영향을 최소화한다. 해초 보충제는 동물의 이산화탄소 배출에 영향을 미치지 않았다.

또한 냉동실에 3년 동안 보관한 해조류는 그 효능을 유지했으며 소의 소화 기관에 있는 미생물이 해조류의 효과를 중화시키는 방식으로 적응하지 못함을 발견했다.

우리는 실험 중에 각 동물에게 세 가지 다른 사료를 먹였다. 이 배급량에는 알팔파 및 밀 건초와 같은 다양한 양의 말린 풀이 포함되어 있으며, 이를 마초라고 한다. 소는 또한 신선한 풀, 곡물, 당밀 및 아몬드 껍질 및 면화 씨앗과 같은 부산물을 소비할 수 있다.

반추위의 메탄 생산은 젖소 사료의 사료 수준이 증가함에 따라 증가한다. 따라서 우리는 사료 수준이 해조류가 전체 메탄 형성을 얼마나 잘 감소시키는 지에 영향을 미치는지 알아보고 싶었다. 사료를 많이 섭취하는 소의 메탄 배출량은 해조류를 얼마나 많이 섭취했는지에 따라 33%에서 52%로 감소했다. 저 마초 사료를 먹인 소의 배출량은 70%에서 80%까지 감소했다. 이러한 차이는 소를 먹인 저 섬유질 식단의 장에서 메탄 생성에 관여하는 효소의 낮은 수준을 반영할 수 있다.

한 가지 중요한 발견은 우리의 연구에서 조타가 기존의 사료를 섭취하는 소보다 최대 20% 더 효율적으로 사료를 체중으로 전환했다는 것이다. 이 혜택은 더 적은 사료를 사야하기 때문에 농부들의 생산 비용을 줄일 수 있다. 예를 들어, 우리는 육우 1,000두를 마친 생산자가 즉, 성장하고 근육을 추가하기 위해 고 에너지 식단을 먹이면 소가 소비 한 해조류의 양에 따라 사료 비용을 $40,320에서 $87,320까지 줄일 수 있다고 계산한다.

전 세계 메탄 배출원. 이미지 : Jackson et al., 2020, CC BY

소에 해초 보충제를 먹이는 것이 왜 더 많은 식단을 체중 증가로 전환하는 데 도움이 되었는지 확실하지 않다. 그러나 이전 연구에 따르면 일부 반추위 미생물은 더 이상 메탄 생산에 들어 가지 않는 수소를 사용하여 젖소가 추가 성장에 사용할 수 있는 에너지 밀도가 높은 영양소를 생성할 수 있다.

소비자 패널이 우리 연구에서 자란 소의 고기를 샘플링 했을 때, 그들은 해조류를 섭취한 소와 그렇지 않은 소의 고기 사이의 부드러움, 육즙 또는 풍미의 차이를 발견하지 못했다.

해조류를 가축 사료 첨가제로 상업화하려면 여러 단계가 필요하다. 첫째, 과학자들은 바다나 육지의 탱크에서 해조류를 대규모로 생산하기위한 양식 기술을 개발해야 한다. 그리고 미국 식품의 약국은 상업용 가축의 사료 보충제로 해조류 사용을 승인해야 한다.

농부와 목장주도 소의 배출량을 줄임으로써 돈을 벌 수 있다. 기후 과학자들은 소의 메탄 배출 감소량을 정량화, 모니터링 및 검증하는 방법에 대한 지침을 제공해야한다. 이러한 규칙을 통해 가축 농부는 전 세계의 탄소 상쇄 프로그램에서 크레딧을 얻을 수 있다.

글쓴이:

Ermias Kebreab

데이비스 캘리포니아 대학교 세계 식품 센터 소장, 동물 과학 부학장 겸 교수

Breanna Roque

박사 동물 생물학 학생, 데이비스 캘리포니아 대학교