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》上的研究描述了一项名为"加压纺丝（pressurised spinning）"的创新技术。该技术利用乳制品养殖业的废弃物——牛粪作为原材料，有望比当前一些制造方法更廉价、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和资源再利用，最大限度减少浪费和污染。

研究人员表示，实施该技术将为制造商、奶农和环境带来双赢局面。

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，最早于19世纪中叶用于制造合成材料，包括摄影胶片最初的原材料——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。虽然可以通过有机方法提取，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，它同时利用压力和旋转力，从软物质的液态射流中纺制纤维、微珠、带材、网状物和薄膜。这项屡获殊荣的技术由穆汉·埃迪辛赫（Mohan Edirisinghe）教授领导的伦敦大学学院（UCL）机械工程团队于2013年发明。

该研究的通讯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，从粪便中提取碎片相对简单，随后我们将其转化为液态溶液。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，并未成功。

"通过反复试验，我们发现：使用水平容器（而非垂直容器）容纳表面喷嘴，并将液体射流注入静态或流动的水中，可促成纤维素纤维的形成。随后我们通过改变液体稠度，成功制造出网状物、薄膜和带材等其他形态，每种形态都具有不同的制造用途。

"我们尚未完全理解该工艺的原理，但关键在于它确实有效。利用现有的加压纺丝技术进行规模化生产也将相当可行，相关容器正是在伦敦大学学院机械工程车间设计建造的。"

这项名为"水平喷嘴加压纺丝"的新技术是能源高效工艺，无需依赖静电纺丝等其他纤维生产技术所需的高电压。

研究团队指出，将现有加压纺丝设备改造以适应新工艺应相对简便。更大的挑战可能在于牛粪原料的采购和运输物流，但此举带来的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的戴艳琪女士（音译）表示："牛粪等奶牛场废弃物威胁环境与人类健康，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农民的负担。

"水平喷嘴加压纺丝技术有望让这一棘手的废弃物物尽其用，甚至可能创造新的收入来源，从而为全球奶牛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，以充分利用该技术并推进其规模化应用。

动物粪便正在成为全球性难题。2019年的研究估计，动物粪便量将在2003年至2030年间增长40%，达到至少50亿吨，许多农场产生的粪便量已超过其法定施肥需求。这些废弃物常流入水域，对生态系统造成毁灭性影响，甚至导致人类疾病。

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。