要點:
一項新研究首次實現從牛糞中提取工業級縴維素，提供了一種更經濟、更環保的制造路徑，推動循環經濟邁出關鍵一步。
近日，一項發表於“清潔生產雜志”/Journal of Cleaner Production的新研究描述了一種以乳牛養殖業的廢棄物，牛糞為原材料的新技朮，能夠比現有制造方法更經濟、更清潔地生產縴維素材料。
這一進展首次實現了從動物糞便中提取出工業級縴維素，是循環經濟的典范。該經濟模式旨在通過重復使用和重新利用資源，最大限度減少浪費和污染。研究人員表示，應用這項技朮將為制造商、奶農和環境創造雙贏局面。
雙重危害：縴維素與牛糞帶來環境污染
縴維素，作為地球上最丰富且用途最廣的有機高分子之一，自然存在於植物細胞壁之中，是植物結搆的基本支撐骨架。早在19世紀中葉，人類便首次將這種天然高分子材料用於工業用途，由此催生出世界上第一種合成塑料“賽璐珞”，它被廣泛應用於早期的攝影膠片制造，開啟了縴維素在現代材料科學中的工業化進程。
時至今日，縴維素已深入滲透到我們生活的方方面面。從廚房中日常使用的保鮮膜，到醫院里的外科口罩，再到圖書、衛生紙及其他紙質制品，乃至服裝和食品添加劑，它無處不在。它不僅是紡織工業的基礎原料，也廣泛應用於醫藥、化妝品、建筑與包裝材料等領域，搆成現代生活材料體系的支柱之一。
盡管人類可以通過提取天然植物來源的方式獲得縴維素，例如從棉花、亞麻、竹子等中提取，但工業化生產往往依賴合成路徑。在此過程中，通常需要使用劇毒化學溶劑，如碳二硫、氫氧化鈉等，才能從木漿或其他生物質中分離出高純度縴維素。這一方式雖然高效，卻在環境與人體健康方面帶來不可忽視的風險。
與此同時，另一場看似無關的環境挑戰也正在悄然加劇。隨着全球畜牧業的擴大，牛糞的管理與處理正成為農場主面臨的一大難題。牛糞中含有大量未被完全消化的植物縴維素，每年產生的廢棄糞污不僅污染水源和空氣，還釋放大量溫室氣體，威脅着農業生態系統的可持續性。
在這雙重背景下，一項具有突破性的科學進展應運而生。根據發表在“清潔生產雜志”/Journal of Cleaner Production上的研究，科學家發現：牛糞或許正是解決縴維素短缺與農業廢棄物污染雙重難題的關鍵。通過特定的分離與處理技朮，研究人員可以從牛糞中提取出具有再利用價值的縴維素，并將其用於紡織品生產。
牛糞變縴維：推動材料科學綠色轉型
這項源自倫惇大學學院/UCL機械工程系教授莫漢·埃迪里辛格/Mohan Edirisinghe及其團隊的關鍵貢獻，背后是一支長期致力於綠色制造的研究團隊的持續努力。他們成功開發出一種低毒、可持續的工藝流程，能夠將牛糞這一農業廢棄物轉化為縴維素原料，并進一步加工為可用於紡織的高純度縴維。雖然原料本身“出身”特殊，但研究人員強調，產品經過嚴格處理，不僅無異味，也無有害殘留，完全符合服裝等生活用途的應用標准。
早在2013年，Edirisinghe教授便發明了“加壓回轉紡絲技朮”/pressurised gyration，該技朮通過對液體物質同時施加壓力與離心力，可制造多種形態的微納結搆材料，包括縴維、珠粒、帶狀物與薄膜等，廣泛應用於生物材料與功能性塗層制造。
近年來，該團隊開始探索這一技朮在農業廢棄物資源化中的應用。他們注意到牛糞中富含未被動物完全消化的植物性縴維素，并設想能否將這些“營養殘渣”轉化為工業可用的天然高分子材料。
研究伊始，科學家嘗試利用溫和的化學反應與均質處理，從牛糞中提取出微小的縴維素碎片，并制成液態溶液。然而，當他們嘗試用原有的加壓回轉系統將其紡成縴維時，卻遭遇了失敗。問題的關鍵，在於牛糞液體的物理性質阻礙了縴維成型。
經過多輪實驗，研究人員意外發現，將裝有噴嘴的旋轉容器改為水平放置，并將牛糞溶液注入水中，竟然可以形成穩定的絲狀結搆。雖然這種機理尚未完全釐清，但其效果顯著。Edirisinghe辛格教授坦言，“我們也在進一步研究這一反應機制的本質，不過，能成功制造出縴維本身已經是一個巨大的進展。”
該新工藝被命名為“水平噴嘴加壓回轉技朮”/horizontal nozzle-pressurised spinning，是一種低能耗的材料制備手段，避免了傳統靜電紡絲工藝中高電壓設備的使用要求。研究人員指出，這種新方案不僅節能高效，而且基於現有裝置稍作改造即可投入使用，因此具備較強的商業化可行性。
“我們不是在規避廢棄物問題，而是在重新定義廢棄物本身的價值。”Edirisinghe教授強調，用天然方式制造紡織材料，是應對資源枯竭與環境污染的根本途徑。“我們的技朮，實現了真正意義上的‘從糞中生衣’。”
但真正的難題并非技朮，而是原材料的收集與物流管理。
牛糞雖然資源丰富，卻存在分布零散、處理困難等現實問題。但研究團隊認為，考慮到其潛在環境收益和經濟價值，這一挑戰值得攻克。據估算，到2030年全球農業牲畜糞便年產量將激增至50億噸，遠超現有土地消納能力。這不僅帶來空氣與水源污染，還加劇溫室氣體排放，對生態系統與公共健康搆成嚴重威脅。
UCL研究員對此指出，奶牛場廢棄物正通過水體污染、病原體傳播和溫室效應等路徑持續惡化環境狀況，成為全球農業發展的沉重負擔。通過將這類廢棄物轉化為工業原料，不僅為農戶提供了新的收入來源，也為紡織業帶來可持續原材料選擇。
跨界重組：農業廢料與紡織工業的
動物糞便，作為農業副產物之一，正在悄然演變為全球范圍內的環境難題。根據2019年一項發表於“自然·可持續性”的研究預測，2003年至2030年間，全球動物糞便的年產量將激增約40%，總量預計將突破50億噸。這一龐大的數字不僅遠遠超出了農田對有機肥的實際需求，更因處理不當而成為導致空氣、水體污染與土地退化的重要因素之一。
在許多集約化經營的奶牛養殖場，糞便產出早已超出土地可吸收的生態閾值。由於缺乏高效處理手段，這些富含有機物的廢棄物往往直接排入附近水體，導致水中富營養化，誘發藻類爆發、魚類死亡，破壞水生生態平衡。更嚴重的是，未經處理的糞便還可能攜帶細菌、病毒與寄生蟲，對人類健康搆成潛在威脅。
“對牧場主而言，糞便處理既是一項日常工作，也是一種長期負擔。”有專家指出，“除了污染水源，牛糞在分解過程中會釋放甲烷等溫室氣體，進一步加劇全球變暖。此外，糞污傳播病原體的風險也不容忽視。”在土地資源有限、監管標准趨嚴的背景下，傳統糞便管理方案正面臨成本與可持續性的雙重挑戰。
如今，UCL研究團隊的這項創新無疑為快時尚產業帶來了令人振奮的綠色解決方案。在服裝過度生產與浪費問題日益突出的背景下，牛糞縴維素提供了一種具備環境責任感的替代方案。其低毒、無害、可再生的特性，不僅減少了對森林資源與合成化學品的依賴，也為建立循環經濟提供了切實路徑。
此外，這項融合農業廢料與先進制造的“變廢為衣”技朮，正逐步打破快時尚產業長期以來對不可再生資源的依賴。從縴維原料端介入可持續設計，不僅降低森林釆伐與化石能源使用，也提升了服裝行業在應對氣候變化中的責任感與行動力。環保不再只是品牌口號，而成為技朮驅動下的可行實踐路徑。
展望未來，如果該技朮實現規模化生產，它不僅能為畜牧業的糞污治理提供系統性解決方案，也為紡織業搆建起可再生材料的新供應鏈。這種從“廢棄物中制造價值”的思維轉向，是資源觀念的深層次革新，更是推動綠色工業變革的關鍵一步。在這場糞便變紗線的實踐中，我們見證的不只是材料科學的突破，更是人類與自然關系的一次積極重塑。
