甲烷是排放量僅次於二氧化碳（CO2）的溫室氣體。日本也加入了歐美主導的2030年之前將全球甲烷排放量較2020年削減30％的倡議。牛會透過打嗝排放甲烷，畜牧業的甲烷排放量約佔人爲排放源的30％。旨在利用感測器和人工智慧（AI）實施儘可能不排放甲烷的畜牧系統的研究開發也在進行中。2050年有望解決牛的「打嗝問題」。
日本政府的大型研發制度「登月型研發專案」中提出了將牛的甲烷排放量削減80％，將生產力提高10％的目標。減量甲烷排放，減排的部分相應變爲營養，有望以相同的飼料投餵量增加牛肉和牛奶的產量。
該專案計劃在每頭牛的胃裏植入無害的小型感測器，收集胃中的資訊，並無線發送到電腦上。目標是利用AI計算能抑制甲烷排放的最佳飼料量，實施自動投餵飼料。
首先將明確牛產生甲烷的詳細機制。物質材料研究機構的副基地長一之瀨泉等人着眼於名爲「丙酸」的有機物質。甲烷和丙酸在微生物分解飼料的程序中產生。甲烷的產生量越少，丙酸的產生量就越多。丙酸也是牛的一種營養來源。
在含有機物質和飼料等多種物質的牛胃中只分離氣體成分的膜（圖片由物質材料研究機構一之瀨提供）
物質材料研究機構正致力於開發將感測器植入牛的胃中，以無線方式發送丙酸生成情況的系統。已經實施實用化的感測器，可以測量胃裏的溫度和氫離子濃度（pH）等。然而，牛的胃裏充滿了正在分解的飼料、微生物和有機物質等物質，是「不適合運行感測器的污穢環境」（一之瀨）。很難準確測量有機物質。
因此，物質材料研究機構製作了可以在胃裏保存感測器，而且只能透過氣體的強韌分離膜。該分離膜將帶有疏水微孔，以及粘合在一起的強韌的膜製成的。當胃裏的物質透過分離膜時，可以只透過有機物質、空氣和水氣等氣體的混合物。
該機構還着眼於軟管和管道使用的丙烯腈-丁二烯橡膠（NBR）的吸水量。這種橡膠通常不吸水，但研究發現，其吸水量會隨着水中所含的丙酸的量增加。透過測量橡膠的吸水量，「可以檢測到氣體中低至0.5PPM（PPM爲100萬分之1）的丙酸。」（一之瀨）
該機構還在推進感測器的設計和開發，打算2022年度以後開始將試製的感測器植入牛的胃裏，進行驗證實驗。還將確立即使在遠處放牧時也能獲得感測器資料的無線通信技術，計劃2030年實施實用化。
農業食品產業技術綜合研究機構（農研機構）指出，即使給相同品種的牛投餵相同重量的飼料，甲烷的生成量也可能出現不同的情況。牛胃裏的甲烷生成量較少的特點被認爲會遺傳。因此該機構還開始培育甲烷生成量少的牛。如果成功的話，將有助於削減甲烷排放。
還考慮採取投餵微生物的方法
| 研究牛胃的技術動向與抑制甲烷生成的方法的普及前景 | |
| 1940年代 | 確立分離牛瘤胃微生物的方法的原型 |
| 1980年代 | 在生成甲烷的微生物學研究中加入預防全球暖化的視點 |
| 2010年代 | 鹼基序列的破譯技術取得隊形變換，微生物也利用基因體分析法 |
| 2021年 | 可連續測量胃中pH值的感測器上市 |
| 2025年 | 完成測量胃中有機物質的感測器試製品 明確胃中生成甲烷的基本機制 |
| 2030年前後 | 可監測胃中的有機物質並估算甲烷量 |
| 2050年前後 | 可密切掌握胃裏的環境進行飼養 普及適當投餵抑制甲烷生成的微生物的方法 |
爲了大幅減量牛排放的甲烷，基於採用感測器的畜牧系統和育種外，改良飼料等也被認爲是有效的方法。
農研機構的主任研究員真貝拓三等人調查了牛胃裏的數千種微生物，確定並分離了生成丙酸的微生物。向大量生成甲烷的牛投餵這種微生物，以改善它們胃裏的環境。真貝表示：「這與人類透過喝酸乳獲得乳酸菌的想法是一致的。」
投餵的微生物能在牛的胃裏存活下來嗎？需要調查存活情況是否會隨着投餵時間、投餵量和飼料發生變化等。計劃2025年明確其基本機制。
隨着全球人口的增長，畜牧業的擴張可能導致水的消耗和溫室氣體排放的增加，從而加大環境的負荷。雖然目前備受關注的替代肉等植物蛋白來源和昆蟲蛋白來源預計今後會繼續操作增加，但畜牧業不太可能會消失。
登月型專案在削減甲烷排放量的同時，還提出了提高生產力的目標，這一點可以說意義重大。在實施永續發展社會的程序中，畜牧業該如何變化受到考驗。
日文：北川舞、《日經產業新聞》，2021/11/26
中文：JST客觀日本編輯部
