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》（The Journal of Cleaner Production）上的研究描述了一种名为"加压纺丝"的创新技术。该技术利用乳牛养殖业的废弃物——牛粪作为原料，有望以比某些现有制造方法更低成本、更清洁的方式生产纤维素材料。

这一进展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浪费和污染。

研究人员表示，实施这项技术将为制造商、奶农和环境创造双赢局面。

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，于19^世纪中叶首次用于制造合成材料，包括照相胶片使用的原始材料——赛璐珞。

如今，从保鲜膜到外科口罩、纸制品、纺织品、食品和药品等各个领域都能找到它的身影。尽管可通过有机方式提取，但通常也使用有毒化学品进行合成生产。

加压纺丝（或称加压旋纺）是一种制造技术，它同时利用压力和旋转力，将软物质液体射流纺制成纤维、微珠、带状物、网状物和薄膜。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。

该研究的资深作者埃迪辛赫教授表示："我们最初的问题是，能否从牛粪中提取动物食用植物后残留的微小纤维素碎片，并将其制成工业级纤维素材料。

"通过温和的化学反应和均质化处理，从粪便中提取这些碎片相对简单，随后我们将其转化为液体溶液。但当我们尝试使用加压纺丝技术将这些碎片转化为纤维时，未能成功。

"通过反复试验，我们发现使用水平容器而非垂直容器，并在容器表面设置喷嘴，将液体射流注入静止或流动的水中，能成功形成纤维素纤维。随后我们通过改变液体稠度，制造出网状物、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。

"虽然尚不完全清楚其工作原理，但关键在于它确实可行。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）进行规模化生产也相对容易。"

这项名为"水平喷嘴加压纺丝"的新技术能效高，无需其他纤维生产技术（如静电纺丝）所需的高电压。

研究团队表示，将现有加压纺丝设备改造以适应新工艺应相对直接。更大的挑战可能在于原料（牛粪）的采购和运输物流，但这样做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燕琪女士指出："牛粪等奶牛养殖场废弃物威胁环境和人类健康，主要表现为：污染水道、分解时向大气释放温室气体、传播病原体。同时，妥善处理这些废弃物往往成为奶农的负担。

"水平喷嘴加压纺丝技术能有效利用这一棘手废弃物，甚至可能创造新的收入来源，从而为全球奶牛养殖业带来巨大推动力。"

研究团队目前正寻求与奶农合作的机会，以利用该技术并实现规模化应用。

动物粪便已成为全球性难题。2019年研究预测，2003至2030年间动物粪便量将增长40%，达到至少50亿吨。许多养殖场产生的粪便量远超其合法施肥用量，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。

伦敦大学学院的核心加压纺丝研究获得了英国研究与创新署（UKRI）的资助支持。