В исследовании, опубликованном в журнале "Journal of Cleaner Production", описывается новая инновация "отжима под давлением" и ее потенциал для создания целлюлозных материалов более дешевым и чистым способом, чем некоторые современные методы производства, с использованием в качестве сырья отходов молочного животноводства - коровьего навоза.

Это первый случай, когда целлюлоза промышленного качества была получена из отходов животноводства, и является ярким примером экономики замкнутого цикла, которая направлена на минимизацию отходов и загрязнения окружающей среды путем повторного использования ресурсов везде, где это возможно.

Исследователи говорят, что внедрение этой технологии было бы беспроигрышной ситуацией для производителей, молочных фермеров и окружающей среды.

Целлюлоза - один из наиболее часто используемых в мире производственных материалов. Обнаруженный в природе в клеточных стенках растений, он впервые был использован для создания синтетических материалов в середине 19 ^века, включая оригинальный материал, используемый в фотопленке, целлулоид.

Сегодня его можно найти во всем - от пищевой пленки до хирургических масок, бумажных изделиях, текстиле, продуктах питания и фармацевтических препаратах. Хотя он может быть извлечен органическим путем, его также часто производят синтетическим путем с использованием токсичных химикатов.

Прядение под давлением (или вращение под давлением) - это технология производства, которая использует силы давления и вращения одновременно для прядения волокон, шариков, лент, сеток и пленок из струи жидкости из мягкого материала. Технология, отмеченная множеством наград, была изобретена в 2013 году командой из Калифорнийского университета в Сан-Франциско во главе с профессором Моханом Эдирисингхе.

Профессор Эдирисингхе, старший автор исследования, сказал: "Наш первоначальный вопрос заключался в том, можно ли извлечь крошечные фрагменты целлюлозы, присутствующие в коровьем навозе, который остается от растений, съеденных животными, и превратить их в целлюлозные материалы промышленного качества.

"Извлечение фрагментов из навоза было относительно простым делом с использованием мягких химических реакций и гомогенизации, которые затем мы превратили в жидкий раствор. Но когда мы попытались превратить фрагменты в волокна, используя технологию прядения под давлением, это не сработало.

"Методом проб и ошибок мы выяснили, что использование горизонтального, а не вертикального сосуда с поверхностными насадками и впрыскивание струи жидкости в стоячую или текущую воду приводит к образованию целлюлозных волокон. Затем мы смогли изменить консистенцию жидкости для создания других форм, таких как сетки, пленки и ленты, каждая из которых имеет различное применение в производстве.

"Мы все еще не совсем уверены, почему этот процесс работает, но важно то, что он работает. Кроме того, будет довольно легко расширить производство, используя существующую технологию отжима под давлением, емкости для которой были спроектированы и изготовлены в мастерской машиностроения Калифорнийского университета".

Новая технология, получившая название горизонтального прядения под давлением с помощью сопла, является энергоэффективным процессом, который не требует высокого напряжения, присущего другим методам производства волокон, таким как электропрядение.

Команда говорит, что адаптация существующих прядильных машин под давлением к новому процессу должна быть относительно простой. Более серьезной проблемой, вероятно, будет логистика поиска и транспортировки сырья - коровьего навоза, но экологические и коммерческие выгоды от этого будут значительными.

Г-жа Янци Дай, первый автор исследования из UCL Mechanical Engineering, сказала: "Отходы молочных ферм, такие как коровий навоз, представляют угрозу для окружающей среды и людей, особенно из-за загрязнения водных путей, выброса парниковых газов в атмосферу при их разложении и распространения патогенных микроорганизмов. Кроме того, на фермерах часто лежит бремя надлежащей утилизации отходов.

"Отжим с горизонтальным соплом под давлением может стать огромным стимулом для мировой индустрии молочного животноводства, поскольку этот проблемный продукт будет эффективно использоваться и, возможно, создаст новый источник дохода".

В настоящее время исследовательская группа ищет возможности для сотрудничества с молочными фермерами, чтобы воспользоваться преимуществами технологии и расширить ее масштабы.

Отходы животноводства являются растущей проблемой во всем мире. Исследования, проведенные в 2019 году, показали, что количество отходов животноводства должно увеличиться на 40% в период с 2003 по 2030 год по меньшей мере до пяти миллиардов тонн, при этом многие фермы производят больше навоза, чем они могут законно использовать в качестве удобрения. Эти отходы часто попадают в воду, где они могут оказывать разрушительное воздействие на экосистемы и даже приводить к заболеваниям у людей.

Исследование процесса отжима керна под давлением в Калифорнийском университете стало возможным благодаря грантам, предоставленным Британским агентством исследований и инноваций (UKRI).