Metan (CH4) je drugi najvažniji staklenički plin na Zemlji nakon CO2, čija je koncentracija na rekordnoj visini u posljednjih 800.000 godina. Od industrijske revolucije, njegova atmosferska koncentracija porasla je za 156%, što zahtijeva hitnu akciju kako bi se smanjile njegove emisije. Glavni i jedini poznati biološki mehanizam resporpcije metana je upijanje u tlo, što se smanjuje konvencionalnim poljoprivrednim aktivnostima. Značajan dio (30-50%) emisija metana dolazi iz poljoprivrednih praksi.

Iako je CO₂ najpoznatiji i najčešće prisutan staklenički plin u atmosferi, metan je mnogo potentniji u kratkoročnom djelovanju. Prema Međuvladinom panelu o klimatskim promjenama (IPCC), metan je, na razdoblje od 20 godina, otprilike 84-87 puta potentniji od CO₂. Gledajući na razdoblje od 100 godina, metan je otprilike 28-36 puta potentniji. To znači da, čak i u manjim količinama, metan može imati snažan učinak na globalno zatopljenje.

Poljoprivredne prakse, posebno upotreba mineralnih gnojiva bogatih dušikom, značajno smanjuju kapacitet tla za apsorpciju metana. Međutim, nedavna istraživanja pokazala su da primjena organskih dodataka poput komposta može povećati stopu apsorpcije metana. 

Među raznim organskim ostacima, kompost se pokazao najučinkovitijim u poticanju apsorpcije metana u tlima, čineći ga obećavajućom strategijom ublažavanja emisije metana. 

Kako se stvara metan?

Metan (CH₄) je prirodni plin koji se proizvodi kroz niz bioloških i geoloških procesa. Evo nekoliko glavnih izvora proizvodnje metana:

1. Probava u životinja: Preživači poput goveda, ovaca i koza proizvode metan tijekom procesa probave. Mikroorganizmi u njihovom probavnom sustavu razgrađuju biljne materijale, što rezultira oslobađanjem metana kao nusproizvoda. Ovo je značajan izvor emisija metana na globalnoj razini, posebno u zemljama s razvijenim stočarstvom.
2. Proizvodnja i transport fosilnih goriva: Ekstrakcija i prijevoz nafte i prirodnog plina često dovode do curenja metana. 
3. Raspadanje organskog materijala: Kad se biljne i životinjske tvari razgrađuju anaerobno (bez kisika), metan se oslobađa kao nusproizvod. Ovo se često događa u močvarama, rižinim poljima i na odlagalištima otpada.
4. Odlagališta: Kako se organski otpad razgrađuje na odlagalištima, metan se oslobađa. Mnoga moderna odlagališta sakupljaju ovaj metan i koriste ga kao izvor energije, čime se smanjuju emisija.
5. Proizvodnja ugljena: Tijekom rudarenja ugljena, metan se često oslobađa iz ugljena i okolnih stijena.
6. Neprirodni izvori: Osim prirodnih izvora, postoji niz industrijskih procesa koji također oslobađaju metan, uključujući proizvodnju cementa i stakla te tretman otpadnih voda.
7. Prirodni izvori: Osim ljudskih aktivnosti, postoje i prirodni izvori metana, poput močvara, vulkana i hidrotermalnih izvora.

Od svih ovih izvora, fermentacija prilikom probave u stoke i proizvodnja te transport fosilnih goriva često se ističu kao najveći doprinosi globalnim emisijama metana. 

Utjecaj mikroba na apsorpciju metana u tlu

Opći principi

Metanotrofi: Metanotrofi su skupina bakterija koje koriste metan (CH₄) kao primarni izvor ugljika i energije. Ove bakterije nalaze se u aerobnom (bogato kisikom) i anaerobnom (siromašno kisikom) okruženju.

Oksidacija metana u aerobnim uvjetima: U prisutnosti kisika, metanotrofi oksidiraju metan u ugljični dioksid (CO₂). Ovaj proces smanjuje količinu metana koji se oslobađa iz tla u atmosferu.

CH4​+2O2​→CO2​+2H2​O

Ravnoteža između metanotrofa i metanogena

Ravnoteža između metanogenih proizvođača metana i metanotrofa koji konzumiraju metan u tlu određuje neto razliku metana. U pojedinim okruženjima proizvodnja metana može premašiti potrošnju, što dovodi do neto oslobađanja metana. U drugima, posebno dobro prozračenim tlima, može dominirati potrošnja metana.

Faktori koji utječu na mikrobnu aktivnost: Na aktivnost ovih mikroba utječe nekoliko čimbenika:

• Razine kisika: Metanotrofi zahtijevaju kisik za oksidaciju metana, dok metanogeni napreduju u anaerobnim uvjetima.
• Vlažnost tla: Vodeni uvjeti pogoduju anaerobnim procesima i proizvodnji metana.
• pH tla: Neki metanotrofi preferiraju kisele uvjete, dok drugi preferiraju neutralne ili alkalne uvjete.
• Dostupnost hranjivih tvari: Dostupnost hranjivih tvari poput dušika i fosfora može utjecati na mikrobnu aktivnost.
• Organska tvar: Prisutnost organske tvari može pružiti supstrat za metanogene i također utjecati na sastav mikrobne zajednice.

Neobična dinamika zelenog komposta: kako može utjecati na emisije metana

Jedna od strategija za smanjenje štetnih učinaka metana na naš planet je razumijevanje njegovih interakcija s kompostom. 

Što je zeleni kompost?

Zeleni kompost je vrsta organskog komposta koji se uglavnom dobiva iz biljnih materijala. Njegov sastav i koristi bili su predmet opsežnih istraživanja, a nedavna studija pružila je neke jedinstvene uvide.

Mikrobni svijet komposta

Kompost je prepun mikroorganizama. Među njima, metanogeni i metanotrofi igraju ključnu ulogu u dinamici metana. Dok metanogeni proizvode metan, metanotrofi ga konzumiraju. U istraživanju je otkriveno da zeleni kompost ima najveći broj specifičnog gena (mcrA) povezanog s proizvodnjom metana. To može zvučati uznemirujuće, ali zapravo ključ leži u vrsti mikroba koji su pronađeni.

Dominantni igrači: vrste methanosarcina

Istraživači su otkrili da je određeni rod metanogena, nazvan Methanosarcina, dominantan u uzorcima komposta. Posebno se istaknula jedna vrsta, Methanosarcina horonobensis. Zašto je to važno? Vrste Methanosarcina su poput superheroja mikrobnog svijeta. Robusni su, prilagodljivi i mogu napredovati u različitim uvjetima. Njihova prisutnost objašnjava zašto su tako prisutni u kompostima, čineći ih integralnim dijelom dinamike metana komposta.

Zeleni kompost i metanotrofi

Ali što je s dobrim momcima, metanotrofima? Ispitivanje je pokazalo da zeleni kompost ima visok udio ovih mikroba koji troše metan. Konkretno, tip zvani Ib metanotrofi su najodgovorniji za potrošnju. Unutar ove skupine, vrste Methylocaldum, posebno Methylocaldum szegediense, bile su najistaknutije.

Promjena tijekom dozrijevanja

Dok kompost sazrijeva, postoji fascinantna promjena u njegovoj mikrobnoj zajednici. Isprva, termofilne vrste (one koje vole toplinu) dominiraju nakon faze kompostiranja na visokoj temperaturi. Ali kako vrijeme prolazi, zajednica se mijenja prema metanotrofima koji preferiraju blaže temperature. Ova promjena je ključna jer izravno utječe na način obrade metana unutar komposta.

Potencijal zelenog komposta

Otkrića ne završavaju samo s razumijevanjem mikrobnog svijeta komposta. Studija sugerira da zeleni kompost ima jedinstvenu metanotrofnu i bakterijsku zajednicu. Štoviše, bakterije koje jedu metan u zelenom kompostu mogle bi biti aktivirane visokim koncentracijama metana proizvedenih tijekom kompostiranja. To znači da zeleni kompost može igrati ključnu ulogu u smanjenju emisija metana.

Utjecaj za poljoprivredu

S obzirom na snažne sposobnosti zelenog komposta da konzumira metan, njegova primjena na poljoprivredna tla mogla bi biti revolucionarna. Uvođenjem ovih aktivnih bakterija koje troše metan na polja, mogli bismo značajno smanjiti emisije metana iz poljoprivrede. Nalazi također sugeriraju mogućnost inženjeringa komposta kako bi se maksimizirale njihove sposobnosti ublažavanja emisija metana.

Zaključak

Metan je jedan od glavnih stakleničkih plinova koji pridonosi globalnom zatopljenju. Poljoprivredne prakse, osobito uporaba dušikovih gnojiva, smanjuju sposobnost tla da apsorbira metan. Međutim, primjena zelenog komposta, organskog materijala dobivenog iz biljnih ostataka, može povećati apsorpciju metana u tlu. Ovo je osobito važno jer su mikroorganizmi u kompostu ključni u obradi metana. Dok se proizvodnja metana u tlu može povećati u anaerobnim uvjetima, postojanje metanotrofa, bakterija koje konzumiraju metan, može smanjiti količinu metana koji ulazi u atmosferu. Uvođenje zelenog komposta u poljoprivredna tla može biti ključna strategija za smanjenje emisija metana, pružajući održivo rješenje za izazove globalnog zatopljenja.