الجيل التالي من المواد المستدامة: فرص النمو الرئيسية ورؤى السوق

تحليلات المساحة البيضاء هي تقارير مفصلة عن الأسواق الحالية. وهي تحدد حالة السوق، بما في ذلك المنتجات والخدمات والتقنيات الموجودة، والتي تنجح، والتي تكافح، والفجوات السوقية المحتملة للابتكار وريادة الأعمال في المستقبل. تم تشكيل هذا التحليل التفصيلي للمساحة البيضاء لصناعة المواد البديلة الحيوانية "من الجيل التالي" كمتابعة لتقرير حالة الصناعة الصادر في يونيو 2021 من قبل مبادرة ابتكار المواد. MII هو مركز أبحاث لعلوم المواد والابتكارات من الجيل التالي. في هذا التقرير، عقدوا شراكة مع The Mills Fabrica، وهو مستثمر معروف في صناعة مواد الجيل التالي.

تعد مواد الجيل التالي بدائل مباشرة للمواد التقليدية المعتمدة على الحيوانات مثل الجلود والحرير والصوف والفراء والزغب (أو "المواد الحالية"). يستخدم المبتكرون "المحاكاة الحيوية" لتقليد شكل وملمس وفعالية المنتجات الحيوانية التي يتم استبدالها. ومع ذلك، فإن مواد الجيل التالي ليست مثل البدائل الحيوانية "للجيل الحالي" مثل البوليستر والأكريليك والجلود الاصطناعية المصنوعة من البتروكيماويات مثل البولي يوريثين. تميل مواد الجيل التالي إلى استخدام المكونات "الحيوية" - وليس البلاستيك - من أجل تقليل البصمة الكربونية. تشمل المواد الحيوية الميكروبات والنباتات والفطريات. في حين أن كل جزء من إنتاج مواد الجيل التالي لا يعتمد بالكامل على المواد الحيوية، فإن الصناعة تسعى جاهدة نحو الابتكار المستدام من خلال تقنيات الكيمياء الخضراء الناشئة.

يحدد تحليل المساحة البيضاء سبع فرص رئيسية للابتكار في صناعة المواد من الجيل التالي.

1. هناك العديد من مواد الجيل التالي ذات الابتكار المحدود. يشارك عدد غير متناسب (حوالي 2/3) من المبدعين في الصناعة في صناعة الجلود من الجيل التالي. وهذا يترك الجيل التالي من الصوف والحرير والزغب والفراء والجلود الغريبة غير مستثمر وغير مبتكر، مما يوفر فرصًا كبيرة للنمو المستقبلي. وبالمقارنة بصناعة الجلود، فإن هذه المواد الأخرى من الجيل التالي ستؤدي إلى انخفاض حجم الإنتاج ولكن لديها إمكانية تحقيق ربح أعلى لكل وحدة.
2. ويسلط التقرير الضوء على التحديات التي تواجه جعل النظم البيئية للجيل القادم مستدامة بنسبة 100%. على الرغم من أن الصناعة تتضمن "المواد الأولية" مثل النفايات الزراعية والمنتجات الميكروبية، إلا أن تركيب منسوجات الجيل التالي لا يزال يتطلب في كثير من الأحيان البترول والمواد الخطرة. ومما يثير القلق بشكل خاص كلوريد البوليفينيل والبوليمرات الأخرى القائمة على الفينيل، والتي غالبًا ما توجد في الجلود الاصطناعية. على الرغم من متانته، فهو أحد أكثر المواد البلاستيكية ضررًا بسبب اعتماده على الوقود الأحفوري، وإطلاق مركبات خطرة، واستخدام الملدنات الضارة، وانخفاض معدل إعادة التدوير. يقدم البولي يوريثان الحيوي بديلاً واعداً، لكنه لا يزال قيد التطوير. يقترح المؤلفون أنه يجب على المبتكرين والمستثمرين تطوير وتسويق إصدارات حيوية وقابلة للتحلل الحيوي من المواد الرابطة والطلاءات والأصباغ والمواد المضافة وعوامل التشطيب.
3. إنهم يشجعون مبتكري الجيل التالي على إنشاء ألياف صناعية ذات أساس حيوي بنسبة 100٪ لمواجهة استخدام البوليستر. حاليا، يمثل البوليستر 55٪ من جميع المواد الخام النسيجية المنتجة سنويا. نظرًا لأنه يعتمد على البترول، فهو يعتبر "العدو العام رقم واحد" في صناعة الأزياء المستدامة . يعد البوليستر مادة معقدة لأنه يعمل حاليًا كبديل "للجيل الحالي" لمواد مثل الحرير والأسفل. ومع ذلك، فهو يمثل أيضًا خطرًا بيئيًا، حيث يمكن أن يطلق الألياف الدقيقة في البيئة. ويدعو التقرير إلى إدخال تحسينات مستدامة على استراتيجيات الجيل الحالي من خلال تطوير ألياف البوليستر ذات الأساس الحيوي. الابتكارات الحالية قيد التنفيذ لإنتاج بوليستر قابل لإعادة التدوير، ولكن تظل مشكلات قابلية التحلل الحيوي في نهاية العمر مصدر قلق.
4. يشجع المؤلفون المستثمرين والمبتكرين على دمج مواد خام حيوية جديدة في مواد الجيل التالي. وبعبارة أخرى، فإنها تدعو إلى اكتشافات وتقنيات جديدة في مجال الألياف الطبيعية وشبه الاصطناعية (السليلوزية). تشكل الألياف النباتية مثل القطن والقنب حوالي 30% من إنتاج الألياف العالمي. وفي الوقت نفسه، تشكل المواد شبه الاصطناعية مثل الحرير الصناعي حوالي 6%. على الرغم من أنها مستخرجة من النباتات، إلا أن هذه الألياف لا تزال تسبب مخاوف بشأن الاستدامة. فالقطن، على سبيل المثال، يستخدم 2.5% من الأراضي الصالحة للزراعة في العالم، ولكنه يستخدم 10% من جميع المواد الكيميائية الزراعية. توفر المخلفات الزراعية، مثل بقايا الأرز وزيت النخيل، خيارات قابلة للتطبيق لإعادة التدوير إلى ألياف قابلة للاستخدام. كما أن الطحالب، التي تتمتع بكفاءة أكبر 400 مرة من الأشجار في إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، لديها أيضًا إمكانات كمصدر جديد للتغذية الحيوية.
5. يدعو التحليل إلى زيادة التنوع في خيارات نهاية العمر الافتراضي لمنتجات الجيل التالي. وفقًا للمؤلفين، يتحمل موردو الجيل التالي والمصممون والمصنعون مسؤولية فهم كيفية تأثير اختيار المواد على مصير منتجاتهم. قد ينشأ ما يصل إلى 30% من التلوث باللدائن الدقيقة من المنسوجات، التي لديها مجموعة متنوعة من سيناريوهات نهاية العمر. وقد يتم إلقاؤها في مكب النفايات، أو حرقها للحصول على الطاقة، أو التخلص منها في البيئة. وتشمل الخيارات الواعدة إعادة التدوير والتحلل البيولوجي. وينبغي للمبتكرين أن يعملوا نحو "الاقتصاد الدائري"، حيث يكون إنتاج المواد واستخدامها والتخلص منها في علاقة متبادلة، مما يقلل من النفايات الإجمالية. ذلك ، يجب أن تكون المواد قابلة لإعادة التدوير أو التحلل الحيوي، مما يقلل من العبء على المستهلك. واللاعب المحتمل في هذا المجال هو حمض البوليلاكتيك (PLA)، وهو أحد مشتقات النشا المتخمر، والذي يستخدم حالياً في صناعة المواد البلاستيكية القابلة للتحلل. قد تتوفر ملابس PLA بنسبة 100% في المستقبل.
6. يدعو المؤلفون فرق البحث والتطوير (R&D) إلى زيادة خبراتهم في المبادئ الأساسية لعلم المواد. وعلى وجه الخصوص، يجب على الباحثين والمطورين من الجيل التالي فهم العلاقات بين البنية والملكية. إن إتقان هذه العلاقة سيسمح لفرق البحث والتطوير بقياس مدى تأثير خصائص المواد المحددة على أداء المادة وكيفية ضبط تركيبة المواد وبنيتها ومعالجتها لتحقيق الأداء المطلوب. إن القيام بذلك يمكن أن يساعد فرق البحث والتطوير على التحول من النهج "من الأعلى إلى الأسفل" إلى تصميم المواد الذي يؤكد على شكل ومظهر المنتج الجديد. وبدلاً من ذلك، يمكن أن تعمل المحاكاة الحيوية كنهج "من القاعدة إلى القمة" لتصميم المواد الذي يأخذ في الاعتبار الاستدامة والمتانة بالإضافة إلى جماليات مواد الجيل التالي. أحد الخيارات هو استخدام تخليق البروتين المؤتلف، باستخدام الخلايا الحيوانية المزروعة في المختبر لتنمية "الجلد" بدون الحيوان نفسه. على سبيل المثال، يمكن معالجة "الجلد" المزروع في المختبر ودبغه مثل الجلود ذات المصدر الحيواني.
7. ويدعو المبتكرين إلى توسيع نطاق استخدامهم للتكنولوجيا الحيوية، وتحديدا في مجال الهندسة الخلوية. تعتمد العديد من مواد الجيل التالي على أساليب التكنولوجيا الحيوية، مثل الجلود المذكورة أعلاه والمصنوعة في المختبر والمصنوعة من الخلايا المستنبتة. يؤكد المؤلفون أنه مع تقدم التكنولوجيا الحيوية في إنتاج مواد الجيل التالي، يجب على المبتكرين أن يضعوا في اعتبارهم خمسة اعتبارات عملية: كائن الإنتاج المختار، وطريقة إمداد الكائن الحي بالمواد المغذية، وكيفية إبقاء الخلايا "سعيدة" لتحقيق أقصى قدر من النمو، وكيفية الحصاد/التحويل إلى المنتج المطلوب وتوسيع نطاقه. يعد توسيع النطاق، أو القدرة على توفير كمية كبيرة من المنتج بتكلفة معقولة، أمرًا أساسيًا للتنبؤ بالنجاح التجاري لمواد الجيل التالي. قد يكون القيام بذلك صعبًا ومكلفًا في مساحات الجيل التالي. ولحسن الحظ، يتوفر عدد من المسرعات والحاضنات لمساعدة المبتكرين.

بالإضافة إلى المساحات البيضاء السبعة التي تمت مناقشتها، يوصي المؤلفون بأن تتعلم صناعة المواد من الجيل التالي الدروس من صناعة البروتين البديل. ويرجع ذلك إلى التشابه بين الصناعتين في الغرض والتكنولوجيا. على سبيل المثال، يمكن لمبتكري الجيل القادم أن يدرسوا نمو الفطريات (التكنولوجيا القائمة على الفطر). تستخدم صناعة البروتين البديل نمو الفطريات في الغذاء والتخمير الدقيق. ومع ذلك، نظرًا لبنية وخصائص الميسليوم الفريدة، فهو بديل واعد للجلد. ويجب أن تركز صناعة مواد الجيل التالي، مثل نظيرتها من البروتين البديل، على خلق الطلب الاستهلاكي. إحدى الطرق للقيام بذلك هي من خلال ماركات الأزياء الشهيرة التي تعتمد مواد خالية من الحيوانات.

بشكل عام، تعتبر صناعة مواد الجيل التالي واعدة. أظهر أحد الاستطلاعات أن 94٪ من المشاركين كانوا منفتحين على شرائها. ويشعر المؤلفون بالتفاؤل بأن مبيعات الجيل التالي من البدائل المباشرة للمواد المعتمدة على الحيوانات ستزيد بنسبة تصل إلى 80% سنويًا على مدى السنوات الخمس المقبلة. وبمجرد أن تتطابق مواد الجيل التالي مع القدرة على تحمل التكاليف وفعالية مواد الجيل الحالي، يمكن للصناعة أن تقود الجهود نحو مستقبل أكثر استدامة.