Volgende generasie volhoubare materiale: belangrike groeigeleenthede en markinsigte

Witruimte-ontledings is gedetailleerde verslae oor bestaande markte. Hulle identifiseer die stand van die mark, insluitend watter produkte, dienste en tegnologieë bestaan, wat slaag, wat sukkel, en potensiële markgapings vir toekomstige innovasie en entrepreneurskap. Hierdie gedetailleerde witruimte-analise van die "volgende-generasie" dier-alternatiewe materiaal-industrie is gevorm as 'n opvolg van 'n Junie 2021 stand-van-die-industrie verslag deur die Materials Innovation Initiative. MII is 'n dinkskrum vir die volgende generasie materiaalwetenskap en innovasie. In hierdie verslag het hulle saamgewerk met The Mills Fabrica, 'n bekende belegger in die volgende generasie materiaalbedryf.

Volgende-gen materiaal is direkte vervangings vir konvensionele dier-gebaseerde materiale soos leer, sy, wol, pels en dons (of "beskikbare materiale"). Innoveerders gebruik "biomimicry" om die voorkoms, gevoel en doeltreffendheid van die diereprodukte wat vervang word, te kopieer. egter nie dieselfde as "huidige" diere-alternatiewe soos poliëster, akriel en sintetiese leer gemaak van petrochemikalieë soos poliuretaan nie. Volgende-gen materiaal is geneig om "bio-gebaseerde" bestanddele te gebruik - nie plastiek nie - om hul koolstofvoetspoor te verminder. Bio-gebaseerde materiale sluit mikrobes, plante en swamme in. Alhoewel nie elke deel van die produksie van volgende generasie materiaal heeltemal bio-gebaseerd is nie, streef die bedryf na volhoubare innovasie deur opkomende groen chemie-tegnologieë.

Die witruimte-analise identifiseer sewe sleutelgeleenthede vir innovasie in die volgende-gen materiaalbedryf.

1. Daar is verskeie volgende-gen materiaal met beperkte innovasie. 'n Disproporsionele hoeveelheid (ongeveer 2/3) van innoveerders in die bedryf is betrokke by volgende-gen leer. Dit laat die volgende generasie wol, sy, dons, pels en eksotiese velle onderbelê en onder-innoveer, wat genoeg geleenthede bied vir toekomstige groei. In vergelyking met die leerbedryf, sal hierdie ander volgende-gen materiale lei tot 'n laer volume van produksie, maar het potensiaal vir hoër wins per eenheid.
2. Die verslag beklemtoon uitdagings om die volgende generasie-ekosisteme 100% volhoubaar te maak. Alhoewel die bedryf "voermateriaal" soos landbou-afval en mikrobiese produkte insluit, benodig die formulering van volgende-gen tekstiele dikwels steeds petroleum en gevaarlike materiale. Van besondere belang is polivinielchloried en ander vinielgebaseerde polimere, wat dikwels in sintetiese leer voorkom. Ten spyte van sy duursaamheid, is dit een van die mees skadelike plastiek as gevolg van sy afhanklikheid van fossielbrandstowwe, vrystelling van gevaarlike verbindings, gebruik van skadelike weekmakers en lae herwinningskoers. Bio-gebaseerde poliuretaan bied 'n belowende alternatief, maar is nog in ontwikkeling. Die skrywers stel voor dat innoveerders en beleggers bio-gebaseerde, bioafbreekbare weergawes van bindmiddels, bedekkings, kleurstowwe, bymiddels en afwerkingsmiddels moet ontwikkel en kommersialiseer.
3. Hulle moedig die volgende generasie innoveerders aan om 100% bio-gebaseerde sintetiese vesels te skep om die gebruik van poliëster teen te werk. Tans is poliëster verantwoordelik vir 55% van alle tekstielgrondstowwe wat jaarliks ​​geproduseer word. Omdat dit petroleumgebaseer is, word dit as “openbare vyand nommer een” in die volhoubare modebedryf . Polyester is 'n ingewikkelde materiaal deurdat dit tans funksioneer as 'n "huidige-gen" vervanging vir materiale soos sy en dons. Dit is egter ook 'n omgewingsrisiko, aangesien dit mikrovesels in die omgewing kan vrystel. Die verslag bepleit volhoubare verbeterings aan huidige generasie-strategieë deur die ontwikkeling van bio-gebaseerde poliëstervesels. Huidige innovasies is in proses om herwinbare poliëster te skep, maar kwessies oor bioafbreekbaarheid aan die einde van die lewe bly 'n bekommernis.
4. Die skrywers moedig beleggers en innoveerders aan om nuwe bio-voerstof in volgende-gen materiaal te inkorporeer. Met ander woorde, hulle vra vir nuwe ontdekkings en tegnologieë in natuurlike en semi-sintetiese (sellulose) vesels. Plantvesels soos katoen en hennep maak ongeveer 30% van die wêreldwye veselproduksie uit. Intussen maak semi-sintetiese stowwe soos rayon ~6% uit. Ten spyte daarvan dat dit uit plante getrek word, veroorsaak hierdie vesels steeds kommer oor volhoubaarheid. Katoen gebruik byvoorbeeld 2,5% van die wêreld se bewerkbare grond, maar tog 10% van alle landbouchemikalieë. Landboureste, soos oorblyfsels van rys en oliepalm, bied lewensvatbare opsies vir hergebruik in bruikbare vesels. Alge, wat 400 keer meer doeltreffend as bome is om CO2 uit die atmosfeer te verwyder, het ook potensiaal as 'n nuwe bron van biovoer.
5. Die ontleding vra vir groter veelsydigheid in volgende-gen produkte se einde-van-lewe opsies. Volgens die skrywers het die volgende generasie verskaffers, ontwerpers en vervaardigers 'n verantwoordelikheid om te verstaan ​​hoe materiaalkeuse die lot van hul produk beïnvloed. Tot 30% van mikroplastiekbesoedeling kan in tekstiele ontstaan, wat 'n verskeidenheid lewenseinde-scenario's het. Hulle kan in 'n stortingsterrein gestort word, vir energie verbrand word of in die omgewing weggegooi word. Meer belowende opsies sluit her/opbou en biodegradasie in. Innoveerders moet werk na 'n "sirkulêre ekonomie", waar materiaalproduksie, gebruik en wegdoening in 'n wederkerige verhouding is, wat algehele vermorsing tot die minimum beperk. óf herwin óf kan word , wat verbruikerslas tot die minimum beperk. 'n Potensiële speler in hierdie gebied is polimelksuur (PLA), 'n gefermenteerde styselderivaat, wat tans gebruik word om afbreekbare plastiek te maak. 100% PLA-klere kan in die toekoms beskikbaar wees.
6. Die skrywers vra vir navorsing en ontwikkeling (N&O)-spanne om hul kundigheid in die kernbeginsels van materiaalwetenskap te vergroot. Veral volgende-gen navorsers en ontwikkelaars moet struktuur-eiendom verhoudings verstaan. Om hierdie verhouding te bemeester, sal R&D-spanne in staat stel om te bepaal hoe spesifieke materiaaleienskappe 'n materiaal se werkverrigting bepaal en hoe om materiaalsamestelling, struktuur en verwerking te verfyn om die verlangde prestasie te bereik. As u dit doen, kan dit R&D-spanne help om van 'n "top-down"-benadering tot materiaalontwerp te draai wat die voorkoms en gevoel van 'n nuwe produk beklemtoon. In plaas daarvan kan biomimiek funksioneer as 'n "onder-na-bo"-benadering tot materiaalontwerp wat volhoubaarheid en duursaamheid in ag neem, benewens die volgende-gen materiaal se estetika. Een opsie is om rekombinante proteïensintese te gebruik - die gebruik van laboratorium-gekweekte dierselle om "vel" te laat groei sonder die dier self. Byvoorbeeld, laboratorium-gekweekte "vel" kan verwerk en gelooi word soos dierlike leer.
7. Dit vra vir innoveerders om hul gebruik van biotegnologie op te skaal, spesifiek binne die gebied van sellulêre ingenieurswese. Baie volgende-gen materiaal maak staat op biotegnologiese benaderings, soos die bogenoemde laboratorium-gekweekte leer gemaak van gekweekte selle. Die skrywers beklemtoon dat soos biotegnologie vorder in die skepping van volgende generasie materiaal, innoveerders bewus moet wees van vyf prosesoorwegings: die gekose produksie-organisme, die manier om voedingstowwe aan die organisme te verskaf, hoe om selle "gelukkig" te hou vir maksimale groei, hoe om oes/omskep in die verlangde produk, en skaal op. Opskaling, of die vermoë om 'n groot volume van 'n produk teen 'n redelike koste te verskaf, is die sleutel tot die voorspelling van 'n volgende-gen materiaal se kommersiële sukses. Om dit te doen kan moeilik en duur wees in volgende generasie-ruimtes. Gelukkig is 'n aantal versnellers en broeikaste beskikbaar om innoveerders te help.

Benewens die sewe wit spasies wat bespreek is, beveel die skrywers aan dat die volgende-gen materiaalbedryf lesse uit die alternatiewe proteïenbedryf leer. Dit is as gevolg van die twee bedrywe se ooreenkomste in doel en tegnologie. Byvoorbeeld, volgende-gen innoveerders kan kyk na miseliumgroei (sampioen-gebaseerde tegnologie). Die alternatiewe proteïenbedryf gebruik miseliumgroei vir voedsel en presisiefermentasie. As gevolg van mycelium se unieke struktuur en eienskappe, is dit egter 'n belowende alternatief vir leer. Die volgende generasie materiaalbedryf moet, soos sy alternatiewe proteïen-eweknie, ook daarop fokus om verbruikersvraag te skep. Een manier om dit te doen is deur gewilde modehandelsmerke wat diervrye materiaal aanneem.

In die algemeen is die volgende generasie materiaalbedryf belowend. Een opname het getoon dat 94% van die respondente bereid was om dit te koop. Die skrywers is optimisties dat die verkope van die volgende generasie direkte vervangings vir diergebaseerde materiaal oor die volgende vyf jaar jaarliks ​​tot 80% sal toeneem. Sodra volgende-gen-materiaal ooreenstem met die bekostigbaarheid en doeltreffendheid van huidige-gen-materiaal, kan die industrie die dryfkrag na 'n meer volhoubare toekoms aanvoer.