Mittwoch, Dezember 8, 2021
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Ist die Kuh Klimakiller oder ist sie es nicht?

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Weil riesige Rinderherden große Mengen von Methan ausstoßen, gelten sie als eine gewichtige Treibhausgas-Quelle. Einer Stigmatisierung der Kuh als Klimakiller widersprechen allerdings neuere Erkenntnisse über das Schicksal des Methans
in der irdischen Atmosphäre. | Von Prof. Dr. Peter Schönfeld

Die ständigen Diskussionen um das Thema „menschengemachter Klimawandel“ können einen schon nerven, denn es gibt da vieles andere, wo-rüber geredet werden müsste. Doch dann passiert es, dass man mit einer neuen, verstörenden Sicht auf die Klimaentwicklung konfrontiert wird, und die innere Gelassenheit ist dahin. Es ist unstrittig, dass die zahllosen Autos (1,3 Milliarden sind es nach einer Schätzung von 2015) und die Zement- und Eisen-Herstellung einen menschengemachten Beitrag zum Nettoanstieg des atmosphärischen Kohlendioxid-Gehaltes liefern. Abgesehen von dem bösen Blick auf die Autos mit dem Verbrennungsmotor, gerät auch die Viehzucht immer wieder in den Fokus der Klimabeschützer. Im Besonderen werden die Millionen von inhaftierten oder in Freiheit lebenden Kühe als Klimakiller stigmatisiert. Dazu ein paar Bemerkungen.

Grenzen der Welternährung

In einem kürzlichen Interview hat der Schweizer Agrarwissenschaftler Urs Niggli, der auch Mitglied einer von der UN eingesetzten Expertenkommission zur Vorbereitung des letzten Welternährungsgipfels in New York (September 2021) war, ein problematisches Bild für die zukünftige Ernährungssituation entworfen. Wenn die Weltbevölkerung wie bisher weiter um 78 Millionen pro Jahr wächst, dann muss die Erde 2050 etwa 10 Milliarden Menschen ernähren. Nach der Welternährungsorganisation FAO (Food and Agriculture Organization) müssen dazu zusätzlich 200 Millionen Hektar Ackerfläche und 400 Millionen Hektar Grünfläche bewirtschaftet werden. Diese neu zu schaffende landwirtschaftliche Nutzfläche beträgt somit 6 Millionen km2 und entspricht damit rund der eineinhalbfachen Größe der Europäischen Union. Einer solchen Fläche müssten Regenwälder, Savannen und Moore neu geopfert werden, und damit auch viel von der Artenvielfalt. Deshalb kann die Alternative nur sein, mit den vorhandenen Nutzflächen höhere Ernteerträge zu erzielen und die durch Verwüstung, Versalzung oder Überweidung degenerierten Agrarflächen zu reaktivieren. Das wird aber trotzdem nicht reichen, denn auch ein Biolandbau kann allein die Welt nicht ernähren. Aus Expertensicht müssen außerdem Pilz-resistente Weizen- und Obstsorten gezüchtet werden, was ohne die Gentechnologie nicht erreichbar sein wird. Deshalb wird die Genom-Editierung in der Landwirtschaft gegenwärtig auch weniger voreingenommen diskutiert. Aber auch der Anbau der Futterpflanzen auf Agrarflächen ist viel zu groß und muss zugunsten der Landwirtschaft reduziert werden. Aktuell wird in Deutschland auf einem Drittel der Agrarfläche Mais, Soja und Gerste für die Viehhaltung angebaut. Das bedeutet aber auch, dass zukünftig weniger Fleisch auf den Teller kommen muss. Andererseits gibt es weltweit zu wenig Ackerland, um auf die tierischen Eiweißlieferanten gänzlich verzichten zu können.

Kuh oder Schwein?

Was ist vorteilhafter für die Landwirtschaft und den Naturschutz, die Schweine- oder Rinderhaltung zu reduzieren? Schweinefleisch sollte zukünftig weniger auf den Teller kommen. Dafür gibt es mehrere Gründe. 1. Als Allesfresser konkurriert das Schwein mit dem Menschen um die Ernährung, denn Schweine werden auch mit Hafer, Mais und Gerste gefüttert. 2. Im Unterschied zum Schwein ist die Kuh ein Wiederkäuer, also ein Pflanzenfresser, der seine Energie aus dem Gras, dem Klee und den Kräutern gewinnt. 3. Die Kuh kann auch auf Grünland weiden, was für die Landwirtschaft nicht nutzbar ist. Das ist ein großer Vorteil für die Viehwirtschaft in Ländern mit vielen Hügeln und Hängen, wie z. B. der Schweiz. 4. Alle Säugetiere brauchen aber auch Eiweiß. Woher bekommen aber Rinder dieses? Kurz gesagt, das meiste Eiweiß bekommt die Kuh von den Milliarden Bakterien im Pansen der Wiederkäuer. Dort vermehren sich die Bakterien ständig und nach getaner Arbeit werden sie im Darm zur Quelle für Aminosäuren, den Bausteinen für neues Eiweiß im Kuhkörper. Im Gegensatz dazu muss bei der Schweinehaltung noch zusätzlich Eiweiß verfüttert werden, das oft aus Importen kommt. 5. Die Kuh bringt mit den aus der Milch hergestellten Molkereiprodukten auch noch Abwechslung auf den Tisch. 6. Außerdem sind die Wiederkäuer an der Landschaftspflege beteiligt, eine Tatsache, auf die immer wieder die Verteidiger des blutigen Stierkampfes hinweisen. Und noch ein letztes Argument, bei der Schweinehaltung kommen mehr Antibiotika zum Einsatz. Im globalen Mittel sind es derzeit 172 Milligramm pro Kilo Schweinefleisch, aber nur 45 Milligramm pro Kilo Rindfleisch. Durch den massenhaften Einsatz von Antibiotika wird die Bildung von multiresistenten Keimen, wie MRSA (Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus), gefördert, die mit Lebensmitteln in den menschlichen Organismus gelangen können.

Ein kurzer Blick in den Pansen

Damit die Kuh aus den für uns unverdaulichen pflanzlichen Ballaststoffen Lebensenergie extrahieren kann, hat sie die Natur mit drei Vormägen (Pansen, Haube, Blättermagen) ausgerüstet. Nachgeschaltet ist der Labmagen, dessen Funktion unserem Magen ähnelt. Der Pansen ist das Arbeitspferd unter den Vormägen und dort befindet sich auch der große Bakterien-Cocktail, mit dessen Hilfe die Zellulose für den Energiestoffwechsel der Kuh aufbereitet wird. Zuerst spalten bestimmte Bakterien die Zellulose in kleine Bruchstücke. Andere machen aus den Bruchstücken kurzkettige Fettsäuren (Essig-, Propion- und Buttersäure) aus denen die Kuh mit Hilfe ihrer Körperzellen Energie gewinnt. Damit unterscheidet sich der Energiestoffwechsel der Kuh deutlich von dem des Menschen. Während wir die Energieträger in unserem Essen (Stärke, Fett, Eiweiß) mit den körpereigenen Verdauungssäften „aufschließen“ und danach von der „Verbrennung“ der Glucose und der langkettigen Fettsäuren leben, würde die Kuh ohne ihre bakteriellen Mitbewohner verhungern.

Dazu noch einige wenige Zahlen. Die Kuh nimmt an 1 Tag etwa 18 kg Trockenfutter auf. Aus 1 kg aufgenommenen Trockenfutter werden bei der Verdauung bis zu 9,5 MJ Energie gewonnen. Das entspricht ungefähr der Energiemenge, die 23 Liter kaltes Wasser (0°C) zum Sieden bringt. Aber die Kuh bildet doch das Treibhausgas Methan? Das ist richtig. Im Pansen einer Kuh werden große Mengen von Methan (CH4) gebildet, das die Kuh überwiegend (95%) durch Rülpsen abgibt. Obwohl Methan der kleinste Kohlenwasserstoff ist, steckt in diesem Treibhausgas eine Menge (Futter-)Energie, die der Kuh verloren geht. Und noch eine deprimierende Nachricht. Im Vergleich zu dem so verruchten Kohlendioxid gilt das Methan als ein noch schlimmeres Treibhausgas. Es absorbiert nämlich den von der Erde reflektierten Teil der Sonnenenergie (infrarote Strahlung) wirksamer, und schickt somit auch mehr Energie zu dieser zurück (Treibhauseffekt!). Quantifiziert wird der Treibhauseffekt eines Gases durch das Treibhauspotenzial (global warming potential, GWP). Das wird von der Absorptionskapazität für die von Erdoberfläche emittierten infraroten Strahlung (also der Anzahl von möglichen Schwingungs-Bewegungen innerhalb des Gas-Moleküls) und, wie gut es als Treibhausgas die „Durchlässigkeits-Lücke“ zwischen den Absorptionsbanden von atmosphärischem Kohlendioxid und Wasserdampf „ausfüllt“, bestimmt. So gesehen hat ein Methan-Molekül die Wirkung von 28 Molekülen Kohlendioxid. Methan ist wiederum verglichen mit einem weiteren, potentiellen landwirtschaftlichen Umweltsünder, dem Lachgas (N2O, GWP 296), ein Waisenknabe. Allerdings ist der Gehalt von Methan und Lachgas in der Atmosphäre um Größenordnungen geringer als der des Kohlendioxids.
Die wichtigste Quelle für die Bildung des Methans ist im Pansen gebildetes Kohlendioxid. Dessen Umwandlung vollbringen uralte Bakterien (Archaeen) mit einer überaus beeindruckenden Chemie. Als Chemiker kann man nur darüber staunen, wie es diesen Winzlingen gelingt, den Kohlenstoff von seiner am stärksten oxidierten Form (dem Kohlendioxid) in seine am stärksten reduzierte Form (dem Methan) umzuwandeln.

CO2 + 4 H2 ‡ CH4 + 2 H2O

Außerdem schaffen es die Bakterien bei Körpertemperatur Methan aus Kohlendioxid zu bilden, wogegen die chemische Industrie spezielle Metall-Katalysatoren und hohe Temperaturen benötigt.

Gibt es Hoffnung für die Kuh?

Über den Einfluss der Kuh auf das Weltklima gibt es zwei unterschiedliche Sichten. Nach den Angaben der FAO verursacht die weltweite Landwirtschaft mehr als 40 Prozent des menschengemachten Methans. Als wichtigste Quellen gelten der Reisanbau sowie die Rinder- und Schafhaltung. Im Speziellen werden dafür die riesigen Rinderherden in Indien und Mittel- und Südamerika verantwortlich gemacht (Züchtungskunde, 79, (6) S. 417 – 465, 2007). Es gibt jetzt allerdings einen praktikablen Ansatz um den Methanausstoß der Kuh zu drosseln. Clean Cow heißt der Hoffnungsträger, ein Hemmstoff (3-Nitrooxypropanol) eines an der Methanbildung beteiligten bakteriellen Enzyms. Durch Beimischung zum Futter lässt sich so die Methan-Emission der Kuh beträchtlich verringern. In einem Großversuch mit Hochleistungskühen konnte so die Methan-Emission um bis zu 30 Prozent verringert werden. Clean Cow scheint auch nicht das Tierwohl zu beeinträchtigen und bewirkt wegen der reduzierten Methan-Emission einen zusätzlichen Gewichtszuwachs bei der Kuh.

Es gibt aber auch noch Erkenntnisse, die ein völlig anderes Licht auf die Kuh als Klimakiller werfen. Was passiert eigentlich mit dem in die irdische Atmosphäre emittierten Methan? Treibhausgase haben dort eine sehr unterschiedliche Lebensdauer. Kohlendioxid verbleibt in der Atmosphäre geschätzte 1.000 Jahre, wogegen Methan bereits nach zwölf oder noch wenigeren Jahren verschwindet. Die kürzere Verweilzeit des Methans beruht auf dessen Oxidation zu Formaldehyd (HCHO), dass wir als eine der in der Industrie vielseitig einsetzbaren Grundchemikalie kennen. Formaldehyd wird nun in der Atmosphäre wiederum zu Kohlendioxid oxidiert. An diesem Selbstreinigungseffekt der Atmosphäre sind maßgeblich Hydroxyl-Radikale (OH●) beteiligt. Und noch eine Überraschung. Der von den Pflanzen abgegebene Kohlenwasserstoff Isopren, der ein molekularer Baustein vieler Pflanzendüfte ist, wirkt in der Atmosphäre als Beschleuniger und Puffer bei der Bildung von Hydroxyl-Radikalen (Nature Geoscience, DOI: 10.1038/NGEO1405). Das erklärt auch, warum über den Regenwäldern besonders hohe Radikal-Konzentrationen gemessen werden.
Der Teide auf der kanarischen Sonneninsel Teneriffa ist mit seinen 3.715 m der höchste Berg Spaniens. Dort wurde der Luftgehalt von Formaldehyd in verschiedenen Höhen gemessen. Und das so erhaltene vertikale Formaldehyd-Profil führt zu der Schlussfolgerung, dass das in die irdische Atmosphäre emittierte Methan effektiv zu Kohlendioxid recycelt wird.

Resümee

Der Kohlenstoff aus den Kohlelagerstätten, Erdöl- und Gasfeldern, die vor Millionen Jahren entstanden sind, führt nach seiner Verbrennung zur Nettoanreicherung von Kohlendioxid in der Atmosphäre. Ähnlich verhält es sich mit dem Kohlendioxid, das beim Brennen von Kalkstein in Zementfabriken freigesetzt wird. Im Gegensatz dazu sind Pflanzen, Klee und Kräuter die Quelle für das bei der Tierhaltung gebildete Methan. Weil aber aus diesem in der Atmosphäre wieder Kohlendioxid wird, verhält es sich mit dem (Wiederkäuer-)Methan wie mit dem aus der Verbrennung von nachwachsenden Rohstoffen stammenden Kohlendioxid. Zu Kohlendioxid oxidiertes Methan wird der Atmosphäre durch die Photosynthese entzogen und gelangt deshalb wieder als Zellulose und Stärke in das Rinderfutter. Unter der Voraussetzung, dass die weltweit vorhandenen Rinderherden nicht größer werden, haben sie demnach keinen negativen Einfluss auf das Klima. Das von Rindern ausgestoßene Methan verbleibt im Kohlenstoff-Kreislauf zwischen Biosphäre und Atmosphäre. Damit führt die Kuh einen klimaneutralen Lebenswandel und man tut ihr Unrecht, wenn sie als Klimakiller stigmatisiert wird. Deshalb kann sich die Kuh auch einen Vergleich mit dem Auto verbeten.

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