牛粪变宝！新技术将纤维素织成日常用品

【中国观察2025年05月15日讯】随着人们饮食习惯的改变，畜牧业得以快速发展。不过，牛、羊、猪等大型家畜的粪便，早已超出环境负荷。英国科学家为了解决这一问题，开发出从牛粪中提取纤维素制成纺织材料的新技术，并将其应用于日常用品的生产。
有研究显示，全球养殖业产生的粪便数量，在短短20年间快速增长超过40%，总重量约50亿吨。这导致庞大的动物粪便无法完全被有效利用，常被排入水道、河川和大海中，不仅严重影响当地的生态环境，还可能把疾病传给人类。
先前，人们将动物粪便用于作物肥料、燃料、房屋隔热材料。随着人们对动物废弃物研究的深入，科学家开始从粪便中提取奈米纤维素等高价值物质，将其提炼成具有高价值的产品。
这次英国伦敦大学（University College London）机械工程系的研究团队开发了一项新技术，从收集的牛粪中提取纤维素，再将其制造成外科口罩、食品包装等各类产品。这项研究成果于4月中旬发表在《清洁生产杂志》上，并获得英国研究与创新署（UKRI）的资助。
纤维素是目前世界上最常使用的材料之一，它存在于植物的细胞壁，于19世纪中叶工业革命起被广泛提取，做成合成材料。如今它已广泛用于制造保鲜膜、医用口罩、纸制品、纺织品、食品和药品等产品中。
该团队首先将含纤维素（1.6-23.5%）、半纤维素（1.4-12.8%）和木质素（2.7-13.9%）的生牛粪样本晾干，再放入烘箱进行烘干消毒。
随后，他们把干燥的牛粪研磨，并筛分成较小的颗粒，再透过冰醋酸、次氯酸钠溶液、氯化钠（NaCl）、氢氧化钠（NaOH）等化学药品，去除牛粪里面的蛋白质、脂肪、碳水化合物等非纤维素的物质，再透过机器提取里面的奈米纤维素。
实验人员采用改良过的“湿式水平喷嘴加压纺丝技术”（NPS），是通过高速旋转和压力将奈米纤维素从喷嘴喷出，再将纤维素接触水后形成带状、网状物和薄膜纤维。这种新技术是一种节能工艺，无需静电纺丝等其它纤维生产技术所需的高电压。
实验人员表示，研究仍处于早期阶段，但这些不同型态的纤维可用于包装、储能、电子和生物医药等领域上，因此相当的有潜力。
研究团队表示，改造现有加压纺丝机以适应新制程相对简单。不过，目前最大的挑战是牛粪的回收、运输物流与储藏。他们目前正在寻找与酪农合作，希望扩大生产规模，实现环境与商业双赢，让废弃物质能够循环再利用。
研究的资深作者、伦敦大学学院机械工程系教授莫汉‧埃迪里辛哈（Mohan Edirisinghe）对该校的新闻室说，“我们最初的问题是，是否有可能提取牛粪中存在的纤维素微小碎片（牛粪是动物食用植物后留下的），并将其制成可用的纤维素材料。”
埃迪里辛哈教授接着说，“从粪便中提取碎片相对简单，只需温和的化学反应和均质化，将其转化为液体溶液。然而，我们尝试使用过去的加压纺丝技术，却无法将这些碎片正常转化成纤维。”
他进一步解释，团队透过反复试验，发现使用带有表面喷嘴的水平容器（而非垂直容器），能成功把液体喷射至静止或流动的水中形成纤维素，还可透过改变液体的稠度，创造出例如网状、薄膜或带状纤维素，将它们运用到不同的场景。
埃迪里辛哈接着说，“我们还不太清楚这个过程为何有效，但它确实有效弄出我们要的纤维素。这种改良过的湿式水平喷嘴加压纺丝技术，其设备、容器是由本校设计和制造，因此扩大其规模相当容易。”
这项研究的第一作者、伦敦大学学院机械工程系的戴艳琪女士（音译，Yanqi Dai）则表示，“奶牛场的牛粪等废弃物，因为污染人类水源、释放温室气体及传播病原体，已经对环境和人体构成威胁。若要妥善处理这些废弃物产生的成本，也会给农民带来负担。”
她接着说，“现在改良过的湿式喷嘴加压纺丝技术，不仅能充分的利用这些牛粪废弃物，甚至还可能为养殖业创造新的收入来源。”