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

这项发表在《清洁生产杂志》上的研究描述了一种名为"加压纺丝"的创新技术。该技术利用奶牛养殖业的废弃物——牛粪作为原材料，有望以比现有某些制造方法更低廉、更清洁的方式生产纤维素材料。

此项突破首次实现了从动物粪便中提取工业级纤维素，是循环经济的典范。循环经济旨在通过尽可能重复利用和资源化来减少废物和污染。

研究人员表示，该技术的实施将为制造商、奶农和环境创造三赢局面。

纤维素是全球最常用的制造材料之一。它天然存在于植物细胞壁中，19世纪中叶首次用于制造合成材料，包括摄影胶片原始材料——赛璐珞。

如今从保鲜膜到外科口罩、纸制品、纺织品、食品和药品中都能找到它的身影。虽然可以有机提取，但也常使用有毒化学品进行合成生产。

加压纺丝（或称加压旋转）是一种制造技术，通过同时施加压力和旋转力，从软物质液体射流中纺制纤维、微珠、带状物、网状物和薄膜。这项屡获殊荣的技术由莫汉·埃迪里斯教授领导的伦敦大学学院机械工程团队于2013年发明。

该研究的通讯作者埃迪里斯教授表示："我们最初的问题是，能否从牛粪中提取动物消化后残留植物所含的微小纤维素碎片，并将其加工成工业级纤维素材料。

"通过温和化学反应和均质化处理，从粪便中提取碎片相对简单，随后我们将其转化为液体溶液。但尝试使用加压纺丝技术将碎片转化为纤维时却未成功。

"经过反复试验，我们发现采用水平容器（而非垂直容器），配合表面喷嘴将液体射流注入静态或流动水中，成功形成了纤维素纤维。随后通过调整液体稠度，还能制造网状物、薄膜和带状物等不同形态，每种形态都具有特定的工业应用价值。

"虽然作用机理尚未完全明确，但关键在于其切实有效。利用现有的加压纺丝技术（其容器由伦敦大学学院机械工程车间设计制造）也易于实现规模化生产。"

这项名为"水平喷嘴加压纺丝"的新技术能效高，无需依赖静电纺丝等其他纤维生产技术所需的高电压。

研究团队表示，将现有加压纺丝设备改造适配新工艺相对简单。更大的挑战可能在于原料（牛粪）的采购和运输物流，但此举将带来显著的环境和商业效益。

论文第一作者、伦敦大学学院机械工程系的戴艳琪女士指出："奶牛粪便等牧场废弃物对环境与人类构成多重威胁：污染水道、分解时向大气排放温室气体、传播病原体。对农民而言，妥善处理也常成为负担。

"水平喷嘴加压纺丝技术有望通过有效利用这一棘手废弃物，甚至创造新的收入来源，为全球乳品养殖业注入强大动力。"

研究团队目前正寻求与奶农合作的机会，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，许多农场产生的粪便量已超出其合法施肥需求。这些废弃物常流入水体，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资助完成。