Устойлівыя матэрыялы наступнага пакалення: ключавыя магчымасці росту і разуменне рынку

Аналіз прабелаў - гэта падрабязныя справаздачы аб існуючых рынках. Яны вызначаюць стан рынку, у тым ліку, якія прадукты, паслугі і тэхналогіі існуюць, якія маюць поспех, якія змагаюцца, а таксама патэнцыйныя прабелы на рынку для будучых інавацый і прадпрымальніцтва. Гэты падрабязны аналіз прабелаў індустрыі альтэрнатыўных матэрыялаў для жывёл «наступнага пакалення» быў сфарміраваны пасля справаздачы аб стане галіны ў чэрвені 2021 г. Ініцыятывы па інавацыях матэрыялаў. MII - аналітычны цэнтр матэрыялазнаўства і інавацый наступнага пакалення. У гэтым дакладзе яны супрацоўнічаюць з The Mills Fabrica, вядомым інвестарам у індустрыю матэрыялаў новага пакалення.

Матэрыялы наступнага пакалення з'яўляюцца непасрэднай заменай звычайных матэрыялаў жывёльнага паходжання, такіх як скура, шоўк, поўсць, мех і пух (або «існуючыя матэрыялы»). Наватары выкарыстоўваюць «біямімікрыю», каб скапіяваць выгляд, адчуванне і эфектыўнасць прадуктаў жывёльнага паходжання, якія замяняюцца. Аднак матэрыялы наступнага пакалення - гэта не тое ж самае, што альтэрнатывы для жывёл "бягучага пакалення", такія як поліэстэр, акрыл і сінтэтычная скура, вырабленая з нафтахімічных прадуктаў, напрыклад паліурэтана. Матэрыялы наступнага пакалення, як правіла, выкарыстоўваюць інгрэдыенты на біялагічнай аснове, а не пластык, каб мінімізаваць свой вугляродны след. Матэрыялы на біялагічнай аснове ўключаюць мікробы, расліны і грыбы. Нягледзячы на ​​тое, што не кожная частка вытворчасці матэрыялаў наступнага пакалення цалкам заснавана на біялогіі, галіна імкнецца да ўстойлівых інавацый праз новыя тэхналогіі зялёнай хіміі.

Аналіз прабелаў вызначае сем ключавых магчымасцей для інавацый у індустрыі матэрыялаў наступнага пакалення.

1. Ёсць некалькі матэрыялаў наступнага пакалення з абмежаванымі інавацыямі. Непрапарцыйна вялікая колькасць (прыблізна 2/3) наватараў у гэтай галіне займаецца скурай новага пакалення. Гэта пакідае поўсць, шоўк, пух, футра і экзатычную скуру наступнага пакалення недастатковымі ўкладаннямі і інавацыямі, што дае шырокія магчымасці для будучага росту. У параўнанні са скураной прамысловасцю гэтыя іншыя матэрыялы новага пакалення прывядуць да меншага аб'ёму вытворчасці, але патэнцыйна павялічаць прыбытак на адзінку.
2. У справаздачы асвятляюцца праблемы, звязаныя са стварэннем экасістэм наступнага пакалення на 100% устойлівымі. Нягледзячы на ​​тое, што ў прамысловасці выкарыстоўваецца такая «сыравіна», як сельскагаспадарчыя адходы і мікробныя прадукты, распрацоўка тэкстыльных вырабаў наступнага пакалення часта патрабуе нафты і небяспечных матэрыялаў. Асаблівую заклапочанасць выклікаюць полівінілхларыд і іншыя палімеры на вінілавай аснове, якія часта сустракаюцца ў сінтэтычнай скуры. Нягледзячы на ​​сваю трываласць, гэта адзін з самых шкодных пластмас з-за яго залежнасці ад выкапнёвага паліва, выдзялення небяспечных злучэнняў, выкарыстання шкодных пластыфікатараў і нізкай хуткасці перапрацоўкі. Паліўрэтан на біялагічнай аснове прапануе перспектыўную альтэрнатыву, але яна ўсё яшчэ знаходзіцца ў стадыі распрацоўкі. Аўтары мяркуюць, што наватары і інвестары павінны распрацоўваць і камерцыялізаваць біяраскладальныя версіі звязальных рэчываў, пакрыццяў, фарбавальнікаў, дабавак і аздаблення.
3. Яны заклікаюць наватараў новага пакалення ствараць 100% сінтэтычныя валокны на біялагічнай аснове, каб супрацьстаяць выкарыстанню поліэстэру. У цяперашні час на поліэстэр прыходзіцца 55% усяго штогод выраблянага тэкстыльнага сыравіны. Паколькі ён выраблены на нафтавай аснове, ён лічыцца «ворагам насельніцтва нумар адзін» у індустрыі ўстойлівай моды . Поліэстэр з'яўляецца складаным матэрыялам у тым сэнсе, што ў цяперашні час ён дзейнічае як замена «бягучага пакалення» для такіх матэрыялаў, як шоўк і пух. Аднак гэта таксама небяспека для навакольнага асяроддзя, бо можа выкідваць мікравалакно ў навакольнае асяроддзе. Справаздача выступае за ўстойлівае ўдасканаленне стратэгій сучаснага пакалення шляхам распрацоўкі поліэфірных валокнаў на біялагічнай аснове. Цяперашнія інавацыі ў працэсе стварэння поліэстэру, які можна перапрацаваць, але праблемы біяраскладальнасці па заканчэнні тэрміну службы застаюцца праблемай.
4. Аўтары заахвочваюць інвестараў і наватараў уключаць новую біясыравіну ў матэрыялы наступнага пакалення. Іншымі словамі, яны заклікаюць да новых адкрыццяў і тэхналогій у галіне натуральных і паўсінтэтычных (цэлюлозных) валокнаў. Раслінныя валакна, такія як бавоўна і каноплі, складаюць ~30% сусветнай вытворчасці валакна. У той час як паўсінтэтыка, напрыклад віскоза, складае ~6%. Нягледзячы на ​​​​тое, што гэтыя валакна здабываюцца з раслін, яны па-ранейшаму выклікаюць праблемы ўстойлівасці. Бавоўна, напрыклад, выкарыстоўвае 2,5% сусветных ворных зямель, але 10% усіх сельскагаспадарчых хімікатаў. Сельскагаспадарчыя рэшткі, такія як рэшткі рысу і алейнай пальмы, прапануюць прыдатныя варыянты для перапрацоўкі ў прыдатныя для выкарыстання валакна. Багавінне, якое ў 400 разоў больш эфектыўна, чым дрэвы, выдаляе CO2 з атмасферы, таксама мае патэнцыял у якасці новай крыніцы біясыравіны.
5. Аналіз патрабуе павелічэння ўніверсальнасці варыянтаў выкарыстання прадуктаў наступнага пакалення ў канцы тэрміну службы. Па словах аўтараў, пастаўшчыкі, дызайнеры і вытворцы новага пакалення нясуць адказнасць за разуменне таго, як выбар матэрыялу ўплывае на лёс іх прадукту. Да 30 % забруджвання мікрапластыкам можа адбывацца ў тэкстыльных вырабах, якія могуць выйсці з жыцця па розных сцэнарыях. Яны могуць быць выкінуты на сметнік, спалены для атрымання энергіі або выкінуты ў навакольнае асяроддзе. Больш перспектыўныя варыянты ўключаюць паўторную перапрацоўку і біядэградацыю. Наватары павінны працаваць у напрамку «цыркулярнай эканомікі», дзе вытворчасць, выкарыстанне і ўтылізацыя матэрыялаў знаходзяцца ва ўзаемасувязі, мінімізуючы агульныя адходы. Акрамя таго, матэрыялы павінны паддавацца перапрацоўцы або біяраскладанню, мінімізуючы нагрузку на спажыўца. Патэнцыйным гульцом у гэтай галіне з'яўляецца полимолочная кіслата (PLA), ферментаваны вытворны крухмал, які ў цяперашні час выкарыстоўваецца для вырабу раскладаемых пластмас. Адзенне са 100% PLA можа быць даступная ў будучыні.
6. Аўтары заклікаюць групы даследаванняў і распрацовак (НДДКР) павялічыць свой вопыт у асноўных прынцыпах матэрыялазнаўства. У прыватнасці, даследчыкі і распрацоўшчыкі наступнага пакалення павінны разумець адносіны структура-ўласцівасць. Авалоданне гэтай сувяззю дазволіць групам даследаванняў і распрацовак ацаніць, наколькі канкрэтныя ўласцівасці матэрыялу ўплываюць на прадукцыйнасць матэрыялу і як дакладна наладзіць склад матэрыялу, структуру і апрацоўку для дасягнення жаданай прадукцыйнасці. Гэта можа дапамагчы групам даследаванняў і распрацовак перайсці ад падыходу «зверху ўніз» да дызайну матэрыялаў, які падкрэслівае знешні выгляд новага прадукту. Замест гэтага біямімікрыя можа функцыянаваць як падыход «знізу ўверх» да дызайну матэрыялаў, які ўлічвае ўстойлівасць і даўгавечнасць у дадатак да эстэтыкі матэрыялаў новага пакалення. Адным з варыянтаў з'яўляецца выкарыстанне рэкамбінантнага сінтэзу бялку - выкарыстанне вырашчаных у лабараторыі клетак жывёл для вырошчвання «скуры» без самой жывёлы. Напрыклад, вырашчаную ў лабараторыі «шкуру» можна апрацоўваць і дубляць, як скуру жывёл.
7. Ён заклікае наватараў пашыраць выкарыстанне біятэхналогій, асабліва ў галіне клетачнай інжынерыі. Многія матэрыялы новага пакалення абапіраюцца на біятэхналагічныя падыходы, такія як вышэйзгаданая скура, вырашчаная ў лабараторыі, вырабленая з культывуемых клетак. Аўтары падкрэсліваюць, што па меры прасоўвання біятэхналогій у стварэнні матэрыялаў наступнага пакалення наватары павінны памятаць пра пяць фактараў працэсу: абраны вытворчы арганізм, спосаб забеспячэння арганізма пажыўнымі рэчывамі, як захаваць клеткі "шчаслівымі" для максімальнага росту, як збор ураджаю/пераўтварэнне ў жаданы прадукт і маштабаванне. Пашырэнне маштабу або здольнасць пастаўляць вялікі аб'ём прадукту па разумнай цане з'яўляецца ключом да прагназавання камерцыйнага поспеху матэрыялу наступнага пакалення. Зрабіць гэта можа быць складана і дорага ў прасторах наступнага пакалення. На шчасце, у дапамогу наватарам ёсць шэраг паскаральнікаў і інкубатараў.

У дадатак да сямі абмеркаваных прабелаў, аўтары рэкамендуюць індустрыі матэрыялаў наступнага пакалення атрымаць урокі з альтэрнатыўнай бялковай індустрыі. Гэта звязана з падабенствам прызначэння і тэхналогій дзвюх галін. Напрыклад, наватары наступнага пакалення маглі б разгледзець рост міцэлію (тэхналогія на аснове грыбоў). Альтэрнатыўная бялковая прамысловасць выкарыстоўвае рост міцэлію для харчовых прадуктаў і дакладнай ферментацыі. Аднак дзякуючы унікальнай структуры і ўласцівасцям міцэліем ён з'яўляецца перспектыўнай альтэрнатывай скуры. Індустрыя матэрыялаў наступнага пакалення, як і яе альтэрнатыўны бялковы аналаг, таксама павінна засяродзіцца на стварэнні спажывецкага попыту. Адзін са спосабаў зрабіць гэта праз выкарыстанне папулярнымі моднымі брэндамі матэрыялаў без жывёл.

У цэлым індустрыя матэрыялаў новага пакалення з'яўляецца перспектыўнай. Адно апытанне паказала, што 94% рэспандэнтаў былі адкрыты для іх набыцця. Аўтары аптымістычна мяркуюць, што продажы прамых заменнікаў матэрыялаў жывёльнага паходжання новага пакалення будуць павялічвацца да 80% штогод на працягу наступных пяці гадоў. Калі матэрыялы наступнага пакалення адпавядаюць даступнасці і эфектыўнасці матэрыялам цяперашняга пакалення, прамысловасць можа ўзначаліць рух да больш устойлівай будучыні.