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，该技术利用乳牛养殖业的废弃物——牛粪作为原料，有望以比现有制造方法更经济环保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工业级纤维素，是循环经济的典范案例。循环经济旨在通过资源再利用和再循环，最大限度减少废弃物和污染。

研究人员表示，该技术的应用将为制造商、奶农和环境创造三赢局面。

纤维素是全球使用最广泛的制造材料之一。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。

如今其应用涵盖保鲜膜、医用口罩、纸制品、纺织品、食品及药品等多个领域。尽管可通过有机方式提取，但工业生产中常使用有毒化学物质进行合成。

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，使软物质液态射流纺制成纤维、微珠、带状物、网状物及薄膜。这项屡获殊荣的技术由伦敦大学学院机械工程系Mohan Edirisinghe教授团队于2013年发明。

研究资深作者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量纤维素碎片，并将其加工成工业级纤维素材料。

"通过温和的化学反应和均质化处理，从粪便中提取纤维素碎片相对简单，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却遭遇失败。

"经过反复试验，我们发现采用水平容器替代垂直容器，在容器表面设置喷嘴并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，可制造网状物、薄膜和带状物等不同形态，每种形态对应特定工业用途。

"虽然工艺原理尚未完全明晰，但关键在于其切实可行。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建造），规模化生产也将较为便捷。"

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

研究团队指出，现有加压纺丝设备改造采用新工艺应较为简单。更大挑战可能在于牛粪原料的采购运输物流，但由此带来的环境与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女士表示："牛粪等奶牛养殖废弃物威胁生态环境与人类健康，主要表现为水体污染、分解时温室气体排放及病原体传播。妥善处理这些废弃物也常成为奶农的负担。

"水平喷嘴加压纺丝技术通过有效利用这一棘手废弃物，有望为全球奶牛养殖业带来重大变革，甚至创造新的收入来源。"

研究团队正寻求与奶农合作，推动该技术应用并实现规模化生产。

全球动物废弃物问题日益严峻。2019年研究预测，2003至2030年间动物废弃物总量将增长40%达至少50亿吨，许多农场产生的粪肥远超其合理施肥需求。这些废弃物常进入水体，对生态系统造成破坏甚至引发人类疾病。

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。