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"压力纺丝"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，有望比某些现有制造方法更廉价、更清洁地生产纤维素材料。

该进展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。循环经济旨在通过尽可能重复利用资源来减少浪费和污染。

研究人员表示，该技术的应用将为制造商、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，天然存在于植物细胞壁中。19^世纪中叶，人类首次将其用于制造合成材料，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、食品和药品等各个领域。虽然可通过有机方式提取，但也常使用有毒化学品进行合成生产。

压力纺丝（或称压力旋转）是一种制造技术，同时利用压力和旋转力，从软物质液体射流中纺制纤维、微珠、带材、网状物和薄膜。这项屡获殊荣的技术于2013年由伦敦大学学院机械工程系Mohan Edirisinghe教授领导的团队发明。

该研究的通讯作者Edirisinghe教授表示："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小纤维素碎片，并将其制成制造级纤维素材料。"

"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。但尝试用压力纺丝技术将碎片制成纤维时未能成功。"

"经过反复试验，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，就能形成纤维素纤维。随后通过调整液体稠度，还能制造网状物、薄膜和带材等不同形态，各自具有特定制造用途。"

"尽管原理尚未完全明晰，但关键在于技术切实可行。利用现有压力纺丝技术也易于扩大规模，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"水平喷嘴压力纺丝"的新技术能效高，无需静电纺丝等其他纤维生产技术所需的高电压。

团队表示，将现有压力纺丝设备改造适配新工艺相对简单。更大挑战在于牛粪原料的采购运输物流，但其环境和商业效益将十分显著。

论文第一作者、伦敦大学学院机械工程系Yanqi Dai女士指出："牛粪等奶牛养殖废弃物威胁环境与人类健康，主要表现为水体污染、分解时温室气体排放及病原体传播。同时，合规处理这类废弃物常给农民带来负担。"

"水平喷嘴压力纺丝技术能有效利用这一棘手废物，甚至创造新收入来源，为全球奶牛养殖业带来重大利好。"

研究团队目前正寻求与奶农合作，以推广应用该技术并进行规模放大。

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%，总量突破50亿吨，许多农场产量远超法定肥料施用需求。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。

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