Feat of 'dung-gineering' turns cow manure into one of world's most used materials

这项发表于《清洁生产杂志》的研究描述了一项名为"加压纺丝"的创新技术，该技术利用奶牛养殖业的废弃物——牛粪作为原料，有望以比现有制造方法更低成本、更清洁的方式生产纤维素材料。

该突破首次实现了从动物粪便中提取制造级纤维素，是循环经济的典范——循环经济旨在通过资源再利用和再转化，最大限度减少废弃物和污染。

研究人员表示，此项技术的应用将为制造商、奶农和环境创造三赢局面。

作为全球最常用的制造材料之一，纤维素天然存在于植物细胞壁中。19^世纪中叶首次被用于合成材料，包括照相胶片原始材料赛璐珞。

如今其应用涵盖保鲜膜、外科口罩、纸制品、纺织品、食品及药品等众多领域。虽然可通过有机方式提取，但通常仍需使用有毒化学品进行合成生产。

加压纺丝（亦称加压旋转）是一种制造技术，通过同时施加压力和旋转力，将软物质液体射流纺制成纤维、微珠、带状物、网状物及薄膜。这项屡获殊荣的技术由莫汉·埃迪辛赫教授领导的伦敦大学学院机械工程团队于2013年发明。

研究资深作者埃迪辛赫教授解释道："我们最初的问题是：能否从牛粪中提取动物消化植物后残留的微量纤维素碎片，并将其加工成制造级纤维素材料？

"利用温和的化学反应和均质化工艺从粪便中提取碎片相对简单，随后我们将其转化为液态溶液。但尝试使用加压纺丝技术将碎片转化为纤维时未能成功。

"通过反复尝试，我们发现采用水平容器（而非垂直容器）装载表面喷嘴，并将液体射流注入静态或流动水中，促使纤维素纤维形成。此后我们通过调节液体稠度，成功制造出网状物、薄膜及带状物等多种形态，每种形态均具有不同的制造用途。

"虽然其作用机理尚未完全明晰，但关键在于该工艺切实有效。利用现有加压纺丝技术可轻松实现规模化生产——相关容器正是在伦敦大学学院机械工程车间设计制造的。"

这项名为"水平喷嘴加压纺丝"的新技术具备高能效特性，无需静电纺丝等其他纤维生产技术所需的高电压。

研究团队指出，将现有加压纺丝设备改造以适应新工艺相对简单。更大挑战在于牛粪原料的采购与运输 logistics，但其环境效益和商业价值将十分显著。

论文第一作者、伦敦大学学院机械工程系的戴燕琪女士强调："奶牛粪污等畜牧业废弃物对环境与人类构成多重威胁：污染水道、分解时释放温室气体、传播病原体。妥善处理这些废弃物往往成为农民的负担。

"水平喷嘴加压纺丝技术能有效转化这些棘手废弃物，甚至可能创造新的收入来源，为全球奶牛养殖业带来巨大推动力。"

研究团队正寻求与奶农合作，以推广应用该技术并实现规模化生产。

全球动物粪便问题日益严峻。2019年研究预测，2003至2030年间动物粪便量将增长40%，总量至少达50亿吨——众多农场产生的粪肥已远超合法施肥需求。这些废弃物常流入水域，对生态系统造成毁灭性影响，甚至引发人类疾病。

伦敦大学学院核心加压纺丝研究由英国研究与创新署（UKRI）资助完成。