A PMOH ciklus - a kibocsátás és körforgás különbsége

A biológiai szénkörforgás egyszerűsített folyamata

Ha az újságírókat, aktivistákat és túl sok klímatudóst hallgatunk, azt hihetnénk, hogy a szarvasmarhák a légköri metán [CH4] egyetlen forrása, és hogy az ő böfögésük az egyedüli felelős az éghajlatváltozásért. Bár egy kicsit szarkasztikus vagyok, de ez a szarkazmus jogos, tekintve, hogy egyes újságírók még a mezőgazdasági területek vizes élőhelyekké való visszaalakítását is szeretnék elérni, anélkül, hogy felismernék, hogy a vizes élőhelyek az egyik legnagyobb biogén metánforrás (sokkal nagyobb, mint a szarvasmarhák). Ezen újságírók egyike sem követeli a vizes élőhelyek (beleértve a hódtavakat) lecsapolását. Úgy tűnik, az amerikai újságírók azt sem tudják, hogy a 2014-es ENSZ Éghajlatváltozási Konferencia országos szintű adatai szerint a bruttó bélrendszeri metán (szarvasmarha böfögés) az USA összes üvegházhatású gázkibocsátásának csak 2,17%-át teszi ki.

Metánt számtalan természetes és antropogén biogén forrás bocsát ki a természetben, beleértve a kagylókat, a fitoplanktont (Bizic 2021; Xu et al 2020), a hódtavakat (Whitfield et al. 2015), rizsföldek, vizes élőhelyek, termeszek, ízeltlábúak, kérődzők, víztározók, fák (Ezhumalai, 2021), vagy szinte bárhol, ahol metanogén archaea él anoxikus környezetben (beleértve a talajt és az emésztőrendszert), vagy nem metanogén baktériumok fordulnak elő oxigénben gazdag környezetben (Ernst et al 2021). Létezik továbbá a termogén (fosszilis tüzelőanyagok) és pirogén (tűz) források által kibocsátott metán is. Tehát... nem, metánt nem csak a böfögő tehenek bocsátanak ki, ahogy azt egyesek hinni látszanak (Lakhani et al. 2017).

A metán, akárcsak más szénalapú gázok, különösen a szén-dioxid [CO2], körforgásban van.

A fotoszintézis a Calvin-cikluson keresztül a növényekben glükózzá alakítja a légköri és a talajban belélegzett CO2-t. Ez a glükóz számtalan különböző szénvegyületté alakul át, beleértve a fehérjéket, monoterpéneket, fitonutrienseket, zsírokat, a kivált gyökérváladékokat és a kérődzők - köztük a szarvasmarhák - által elfogyasztott cellulózt. A CO2 egy része tehát biomasszává alakul, egy része tárolásra kerül, egy része pedig kilégzésre kerül, és újra felhasználható a fotoszintézishez. A szarvasmarhák által elfogyasztott biomassza, pontosabban a cellulóz a bendőbe kerül, ahol a baktériumok, metanogén archaea, protozoa stb. a cellulózt rövid szénláncú zsírsavakká [SCFA-k], dihidrogénné [H2] és metánná [CH4] alakítják. Valójában az archaea az, amely elsősorban felelős a metán előállításáért a metanogenezis révén. Az SCFA-kat zsírok, fehérjék stb. építésére használják fel. A metán melléktermék, és a legtöbbje a légkörbe "böfög". Bár a légkörben ez a CH4 hidroxilgyökökkel [OH] ütközik, és végül CO2-ra és vízgőzre [H2O] bomlik vissza. Ez a metán hidroxilgyök reakciója. A CO2 ezután a fotoszintézis révén ismét glükózzá kötődik, és a ciklus ismétlődik. A H2O csapadékként leeesik, vagy gerjesztett oxigénnel kölcsönhatásba lépve újabb OH-t képez.

Ez a fotoszintézis, metanogenezis és hidroxilgyök ciklus, vagy ahogy én szeretem hívni, a PMOH ciklus. A metán légköri hidroxilgyök reakcióját részletesebben elmagyarázom majd.

Az egyik dolog, amit jobban szemléltetni kellene ezzel a körfolyamatokkal kapcsolatban, hogy sokkal több CO2-t kötünk meg a fotoszintézis révén, mint amennyi végül a hidroxil-oxidáció révén visszaalakul CO2-vá.

Hogy miért?
Mert egészséges talajökoszisztémákban a cellulózban megkötött CO2 20-40%-a távozik naponta az elfogyasztott növények gyökereiből a talajba. Ezek a gyökérváladékok a szén metabolitok széles skáláját tartalmazzák, beleértve a cukrokat, zsírokat, savakat stb. A felhasznált cellulóz ezután főleg SCFA-kká alakul át, nem pedig CH4-é. Így minden egyes ciklus csökkenti a körforgásba kerülő CO2 mennyiségét (és ezért a felső ábra nem helyes, de még mindig szemlélteti az általános mechanizmust).

Ez történik az enterális metánnal is. A többi biogén metán hasonló cikluson megy keresztül, kivéve, hogy a metanogenezis más állatok, puhatestűek, rovarok stb. bélrendszerében vagy emésztőrendszerében élő metanogén archaea révén történik, vagy a talajban vagy más anoxikus (oxigén nélküli) környezetben, vagy akár oxikus (oxigénnel rendelkező) környezetben, néhány nagyon gyakori baktériumtípus esetében. Bár mivel több biogén metán kerül kibocsátásra, több metán is oxidálódik, így a légköri metánszint viszonylag kiegyensúlyozott marad, ahogy olvashattátok az előző bejegyzésben a légköri adatok 800.000 éves elemzése alapján.

Vagyis a légköri terhelések mindaddig egyensúlyban maradnak, amíg a metán termogén és más csapdába esett formáit ki nem termelik és nem kerülnek ki a légkörbe. Ez a kitermelés történhet szén, földgáz, palagáz, szénlelőhelyi gáz stb. útján (szénhidrogének - lásd az alábbi képet). A termogén metán és a fosszilis tüzelőanyagokból származó CO2 már több, mint százmillió éve nem volt a légkörben. Tehát nagyon régi, a földben tárolt szénről van szó, de a légkörben újonnan felszabadult szénről. A felszabaduló CH4 végül szintén CO2-vé bomlik le. Bár mivel most több CH4 és ugyanannyi OH van, a CH4 tovább marad a légkörben. Tehát a modellezés szerint a CH4 7,3-13 évig tart, nem pedig 5,9-9,2 évig, mielőtt az összes termogén CH4 kibocsátásra került volna (Holmes 2018). A közvetlenül kibocsátott és a hidroxil-oxidáció révén keletkező CO2 gyakran meghaladja a fotoszintetikus kapacitást, amely ezt a CO2-t képes megkötni. Ez a többlet vegyül és növeli a légköri CO2-szintet. A szénkörforgást meghaladó CO2-többlet lebontása akár ezer évig is eltarthat.

Annak megértése, hogy a különböző üvegházhatású gázok élettartama eltérő, és hogy az üvegházhatású gázok különböző forrásai (biogén versus termogén) eltérő módon befolyásolják a CH4 és a CO2 légköri terhelését, az IPCC nemrégiben ismerte el a legutóbbi, 6. értékelésében, amint azt a 7. fejezet 122. oldalán olvashatjuk:

És ahogy a 123. oldalon következik:

A 124. oldalról pedig ez következik:

Az egyik elismert mérőszám a GWP* volt, amelyet Dr. Myles Allen és csapata fejlesztett ki az Oxfordi Egyetem Martin Schooljában. Allen részt vett az IPCC korábbi 3., 4. és 5. értékelésében. Minden korábbi értékelésben a GWP20 vagy GWP100 volt az elismert mérőszám. Ezek a korábbi mérőszámok nem veszik figyelembe a különböző üvegházhatású gázok eltérő élettartamát vagy különböző forrásait. Így, mint említettük, a biogén forrásokat, különösen az enterális metánt, 20 éves időtávlatban 3-4-szeres túlszámlázással vették figyelembe, míg az "új" forrásokból (a földben lévő régi, de a légkörben lévő új termogén kibocsátások) származó metánkibocsátást 4-5-szörös alulszámlázással vették figyelembe ugyanezen időtávlatban, a korábbi mérőszámok (pl. GWP100) használatával a szénegyenértékek életciklus-értékelésekben [LCA-k].

A GWP* viszonylag új, és nem alkalmas a médiában mémek vagy hangzatos megjegyzések készítésére.

Így a metánról szóló legtöbb vita nem ismeri fel, hogy a biogén metánforrások túlszámoltak, a termogén metánforrások pedig alulszámláltak. Így a legtöbb elemzés általában logikátlan értékeket mutat, beleértve az élelmiszer-szállításból származó termogén kibocsátások elutasítását is a világ minden táján. A szállításból származó ilyen kibocsátások, bár bruttó mennyiségben kicsik, más termogén kibocsátásokhoz hasonlóan, a csapdába esett metán régi fosszilis forrásai, amelyek "újonnan" kerülnek a légkörbe.

Míg (ismét) a kérődzőkből származó bélrendszeri metán biogén forrás, a szénciklus része. Ez a CH4 nagyobb bruttó mennyiségnek tűnhet, de a kérődzők által felböfögött metán a 7-10 évvel korábban felböfögött régi metánt helyettesíti. A kérődzők tehát újra és újra ugyanazt a szenet hasznosítják és újrahasznosítják. És a talajban történő szénmegkötéssel minden egyes ciklus csökkentheti vagy lelassíthatja a körforgásba kerülő szén mennyiségét azáltal, hogy a szenet számtalan más szénvegyületté, többek között mikorrhiza nekromasszává (glomalin), kitinné, fehérjékké, zsírokká, ligninné stb. kötik meg. Minden egyes ciklus tovább csökkenthető a cellulóz SCFA-kká történő jobb takarmányozási átalakításával. A jobb takarmányátalakítás olyan takarmányadalékokkal (pl. tengeri moszatok) vagy bizonyos takarmányokkal érhető el (Vazquez-Carrillo et al. 2020; Verma et al. 2022), amelyek csökkentik a szarvasmarha bendőjében zajló metanogenezis mennyiségét.

Megjegyzendő az is, hogy akár a cellulóz, akár más szénhidrátok, zsírok vagy fehérjék jutnak át az állatok emésztőrendszerén és távoznak a bélrendszere elülső vagy hátsó végén, a szén biomassza minden formája különböző sebességgel bomlik vissza közvetlenül CO2 -re vagy hidroxil-oxidáción keresztül CH4-ből CO2 -re. A növények által termelt biomassza általában vagy lebomlik, oxidálódik vagy elég. Mindhárom folyamat során metán, szén-monoxid [CO] vagy szén-dioxid szabadul fel. Az aerob komposztkupacok CO2-t bocsátanak ki. Az anaerob komposzt CH4-et bocsát ki. A biomassza elégetése CO-t és CH4-et szabadít fel. Az oxidált CO CO2-vá alakul. A hidroxil-oxidált CH4 CO2-vá válik. Amikor a cellulóz áthalad a bendőn, a szén (és a tápanyagok) körforgásának sebessége megnő. Félszáraz és száraz környezetben a növényi anyag bendőn keresztül történő bomlása elengedhetetlen a szén és a tápanyagok körforgásához. Az olyan nedves helyeken élő újságírók, mint az Egyesült Királyság, Cape Cod és Miami, úgy tűnik, soha nem értik meg, hogyan működnek a törékeny ökoszisztémák, ahol a csapadék szezonálisan (és nem egész évben) hullik, a többi újságíró pedig világszerte csak szolgaian másolja a MSM hírügynökségek propagandáját.

A termelési módszerek és a kontextus is sokat számít. A kontrollált, körforgásos rendszerben (AMP) kezelt legelőn tartott szarvasmarhák, amelyek mindenféle ráfordítás nélkül füveket esznek, sokkal kevesebb összes üvegházhatású gázt bocsátanak ki, mint a sok szintetikus nitrogén [Syn N] és egyéb ráfordítások felhasználásával termesztett takarmányokkal etetett, takarmánytelepen tartott szarvasmarhák (Stanley et al. 2018). A Syn N előállításához sok energiára van szükség a Haber Bosch-folyamat révén (a légköri dinitrogén N2 felbontásához), amely sok CO2-t bocsát ki, és termogén metánt (természetes vagy tört gáz) használ a hidrogén forrásaként (H2 az NH3 helyett). A termogén CH4 kitermelése és szállítása rengeteg kibocsátást és a termogén CH4 diffúz kibocsátását eredményezi a légkörbe. A szántóföldekre kijuttatott szin-N-t, a szervetlen nitrogén más formáihoz hasonlóan, a növények NEM hasznosítják jól. Ráadásul a Syn N tömöríti a talajt. Így a Syn N nagy része dinitrogén-oxid [N2O] formájában elpárolog a légkörbe, vagy nitrátok [NO3] formájában a vízfolyásokba szivárog/lefolyik, ahol algavirágzást és hipoxiát okoz (holt zónák a folyókban, tavakban és óceánokban).
Azonban ezeken a takarmánytelepeken tartott marhák közvetlen enterofermentációs metánkibocsátása sem jelent számottevő mennyiséget a klíma szempontjából, mert ahogy írtam korábban, még a műholdas gázelemzéssel sem mérhetőek, amelyek már 50 kg/óra metánkibocsátást is pontszerűen képesek megmérni.

A szintetikus nitrogén szintézisével és alkalmazásával kapcsolatos problémák azonban egy másik jövőbeli blog témája, egyenlőre a biogén szénkörforgásban résztvevő szarvasmarhák folyamatait próbálom bemutatni, hogy a valósággal is lehessen találkozni az állattartás ellenes fanatikusok többségi médiajelenlétén kívül.

Ha pedig valaki a légköri üvegházhatású gázok emelkedésének forrását keresi, aránylag egyszerűen megtalálhatja.
Analysis: Global CO2 emissions from fossil fuels hit record high in 2022

Források:
Bizic, M 2021. Phytoplankton photosynthesis: an unexplored source of biogenic methane emission from oxic environments

Xu, H et al 2020. Underestimated methane production triggered by phytoplankton succession in river-reservoir systems- evidence from a microcosm study

Whitfield, C.J. et al. 2015. Beaver-mediated methane emission: The effects of population growth in Eurasia and the Americas

Ezhumalai, R. 2021 Emission of Methane from Dead Trees/snags of tropical and subtropical forest Ecoregions

Ernst, L. et al 2021. Methane formation driven by reactive oxygen species across all living organisms

Lakhani, N et al. 2017. Methanogenesis: Are ruminants only responsible: A review.

Holmes, C. D. 2018. Methane Feedback on Atmospheric Chemistry: Methods, Models, and Mechanisms

Vazquez-Carrillo, M. F. et al. 2020 Effects of Three Herbs on Methane Emissions from Beef Cattle

Verma, S. et al. 2022. Linking metabolites in eight bioactive forage species to their in vitro methane reduction potential across several cultivars and harvests

Stanley, P. et al 2018. Impacts of soil carbon sequestration on life cycle greenhouse gas emissions in Midwestern USA beef finishing systems

Eredeti cikk forrása: https://lachefnet.wordpress.com/2022/07/13/the-pmoh-cycle/