Feat of 'dung-gineering' turns cow manure into one of world's most used materials

这项发表于《清洁生产杂志》的研究描述了一种新型“加压旋转纺丝”技术，该技术利用奶牛养殖业的废弃物——牛粪作为原材料，有望以比现有制造方法更低廉、更清洁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制造级纤维素，是循环经济的典范，旨在通过最大限度地资源再利用来减少废弃物和污染。

研究人员表示，该技术的实施将为制造商、奶农和环境创造三赢局面。

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，19世纪中期首次被用于合成材料，包括照相胶片的原始材料——赛璐珞。

如今其应用涵盖保鲜膜、外科口罩、纸制品、纺织品、食品及药品等各个领域。虽可有机提取，但通常仍采用有毒化学品进行合成生产。

加压旋转纺丝（或加压旋纺）是一种制造技术，通过同时施加压力和旋转力，将软物质液体射流纺制成纤维、珠粒、带材、网状结构和薄膜。这项屡获殊荣的技术由莫汉·埃迪辛格教授领导的伦敦大学学院机械工程系团队于2013年发明。

该研究的资深作者埃迪辛格教授表示："我们最初的问题是：能否从动物进食植物后残留的牛粪中提取微量纤维素碎片，并将其加工成制造级纤维素材料？

"通过温和化学反应和均质化可相对简便地从粪便中提取碎片，随后将其转化为液体溶液。但当我们尝试使用加压纺丝技术将碎片转化为纤维时，过程并未成功。

"经过反复试验，我们发现使用配备表面喷嘴的水平容器（而非垂直容器），并将液体射流注入静态或流动的水中，可成功形成纤维素纤维。随后通过调整液体稠度，我们制造出网状物、薄膜和带材等不同形态，每种形态均具有特定制造用途。

"目前尚未完全明晰该工艺的原理机制，但关键在于其切实可行。利用现有的加压纺丝技术进行规模化生产也相对容易，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"水平喷嘴加压纺丝"的新技术能效极高，无需如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较为简单。更大挑战可能在于牛粪原料的采购与运输物流，但其环境效益和商业价值将十分显著。

论文第一作者、伦敦大学学院机械工程系戴燕琪女士表示："牛粪等奶牛养殖废弃物对环境与人类构成多重威胁：污染水道、分解时向大气排放温室气体、传播病原体。同时，妥善处理这些废弃物常成为农场主的负担。

"水平喷嘴加压纺丝技术可有效利用这一棘手废弃物，甚至可能创造新的收入来源，这将为全球奶牛养殖业带来重大推动力。"

研究团队目前正寻求与奶农合作，以推广应用该技术并实现规模化生产。

全球动物废弃物问题日益严峻。2019年研究预估，2003至2030年间动物废弃物量将增长40%至至少50亿吨，多数农场产生的粪肥已超出合法施肥需求。这些废弃物常进入水体，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由英国研究与创新署（UKRI）提供资助支持。