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）上的研究描述了一项名为“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，有望比现有的一些制造方法更廉价、更清洁地生产纤维素材料。

这一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重新利用资源来最大限度地减少浪费和污染。

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，于19世纪^th中叶首次用于制造合成材料，包括摄影胶片最初的材质——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，随处可见纤维素的身影。尽管可以有机提取，但它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）是一项制造技术，它同时利用压力和旋转力，从软物质的液体射流中纺出纤维、微珠、带材、网状物和薄膜。这项屡获殊荣的技术由伦敦大学学院（UCL）机械工程系的Mohan Edirisinghe教授领导的团队于2013年发明。

该研究的通讯作者Edirisinghe教授说：“我们最初的问题是，是否有可能从牛粪中提取动物食用植物后残留的微小纤维素碎片，并将其加工成制造级纤维素材料。”

“利用温和的化学反应和均质处理从粪便中提取碎片相对简单，然后我们将其制成液体溶液。但当我们尝试使用加压纺丝技术将碎片转化为纤维时，却没有成功。”

“通过反复试验，我们发现，使用水平容器（而非垂直容器），其中装有表面喷嘴，并将液体射流注入静止或流动的水中，会导致纤维素纤维形成。然后，我们能够改变液体的稠度来制造其他形态，如网状物、薄膜和带材，每种形态都有不同的制造应用。”

“我们仍不完全清楚该过程为何有效，但重要的是它确实有效。利用现有的加压纺丝技术（其容器在UCL机械工程车间设计和制造）进行规模化生产也将相当容易。”

这项名为“水平喷嘴加压纺丝”的新技术是一种节能工艺，不需要其他纤维生产技术（如静电纺丝）所需的高电压。

该团队表示，将现有的加压纺丝机改造以适应新工艺应相对简单。更大的挑战可能在于原料（牛粪）的采购和运输物流，但这样做带来的环境和商业效益将是显著的。

该研究的第一作者、来自UCL机械工程系的Yanqi Dai女士说：“奶牛粪便等奶牛场废弃物对环境与人类构成威胁，主要体现在污染水道、分解时向大气释放温室气体以及病原体传播。对农民来说，妥善处理它也常常是一种负担。”

“水平喷嘴加压纺丝技术可以很好地利用这一棘手的废弃物，或许还能创造新的收入来源，这将极大地推动全球乳牛养殖业。”

该研究团队目前正在寻求与奶农合作的机会，以利用该技术并将其规模化。

动物粪便是一个全球日益严重的问题。2019年的研究估计，从2003年到2030年，动物粪便量预计将增加40%，达到至少50亿吨，许多农场产生的粪便量超过了其合法用作肥料的能力。这些废物常常进入水体，对生态系统造成毁灭性影响，甚至导致人类疾病。

UCL的核心加压纺丝研究得到了英国研究与创新署（UK Research and Innovation, UKRI）授予的资助支持。