Устойчиви материали от следващото поколение: Основни възможности за растеж и пазарна информация

Анализите на празното пространство са подробни доклади за съществуващите пазари. Те идентифицират състоянието на пазара, включително какви продукти, услуги и технологии съществуват, кои са успешни, кои се борят, както и потенциални празнини на пазара за бъдещи иновации и предприемачество. Този подробен анализ на празното пространство на индустрията за алтернативни животински материали от „следващо поколение“ беше съставен като продължение на доклад за състоянието на индустрията от юни 2021 г. от Инициативата за иновации на материалите. MII е мозъчен тръст за материалознание и иновации от следващо поколение. В този доклад те си партнират с The Mills Fabrica, известен инвеститор в индустрията за материали от следващо поколение.

Материалите от следващо поколение са директни заместители на конвенционалните материали от животински произход, като кожа, коприна, вълна, козина и пух (или „традиционни материали“). Новаторите използват „биомимикрия“, за да копират външния вид, усещането и ефективността на заменените животински продукти. обаче не са същите като животинските алтернативи от „текущото поколение“ като полиестер, акрил и синтетична кожа, изработени от нефтохимикали като полиуретан. Материалите от следващо поколение са склонни да използват „био базирани“ съставки — не пластмаса — за да намалят до минимум своя въглероден отпечатък. Материалите на биологична основа включват микроби, растения и гъбички. Въпреки че не всяка част от производството на материали от следващо поколение е изцяло на биологична основа, индустрията се стреми към устойчиви иновации чрез нововъзникващи зелени химически технологии.

Анализът на празното пространство идентифицира седем ключови възможности за иновации в индустрията за материали от следващо поколение.

1. Има няколко материала от следващо поколение с ограничени иновации. Непропорционално много (приблизително 2/3) от иноваторите в индустрията участват в кожа от следващо поколение. Това оставя вълна, коприна, пух, козина и екзотични кожи от следващо поколение недостатъчно инвестирани и недостатъчно иновирани, предоставяйки достатъчно възможности за бъдещ растеж. В сравнение с кожената индустрия, тези други материали от следващо поколение биха довели до по-малък обем на производство, но имат потенциал за по-висока печалба на единица.
2. Докладът подчертава предизвикателствата при превръщането на екосистемите от следващо поколение в 100% устойчиви. Въпреки че индустрията включва „изходна суровина“ като селскостопански отпадъци и микробни продукти, формулирането на текстил от следващо поколение често все още изисква петрол и опасни материали. От особено значение са поливинилхлоридът и други полимери на основата на винил, които често се срещат в синтетичната кожа. Въпреки издръжливостта си, тя е една от най-вредните пластмаси поради зависимостта си от изкопаеми горива, отделянето на опасни съединения, използването на вредни пластификатори и ниската степен на рециклиране. Полиуретанът на био основа предлага обещаваща алтернатива, но все още е в процес на разработка. Авторите предполагат, че иноваторите и инвеститорите трябва да разработят и комерсиализират био-базирани, биоразградими версии на свързващи вещества, покрития, багрила, добавки и довършителни агенти.
3. Те насърчават иноваторите от следващо поколение да създават 100% синтетични влакна на биологична основа, за да противодействат на използването на полиестер. В момента полиестерът съставлява 55% от всички текстилни суровини, произведени годишно. Тъй като е базиран на петрол, той се смята за „обществен враг номер едно“ в устойчивата модна индустрия . Полиестерът е сложен материал, тъй като в момента функционира като заместител на „текущото поколение“ на материали като коприна и пух. Това обаче е и риск за околната среда, тъй като може да освободи микрофибри в околната среда. Докладът се застъпва за устойчиви подобрения на стратегиите от сегашното поколение чрез разработване на полиестерни влакна на био основа. Текущи иновации са в процес на създаване на рециклируем полиестер, но проблемите с биоразградимостта в края на живота остават проблем.
4. Авторите насърчават инвеститорите и иноваторите да включат нови биологични суровини в материали от следващо поколение. С други думи, те призовават за нови открития и технологии в естествените и полусинтетичните (целулозни) влакна. Растителните влакна като памук и коноп съставляват ~30% от световното производство на влакна. Междувременно полусинтетиката като изкуствена коприна съставлява ~6%. Въпреки че са извлечени от растения, тези влакна все още предизвикват опасения за устойчивостта. Памукът, например, използва 2,5% от световната обработваема земя, но 10% от всички селскостопански химикали. Селскостопанските остатъци, като остатъци от ориз и маслена палма, предлагат жизнеспособни възможности за повторно използване в използваеми влакна. Водораслите, които са 400 пъти по-ефективни от дърветата при отстраняването на CO2 от атмосферата, също имат потенциал като нов източник на биологична суровина.
5. Анализът призовава за повишена гъвкавост в опциите за изтичане на живота на продукти от следващо поколение. Според авторите доставчиците, дизайнерите и производителите от следващо поколение носят отговорност да разберат как изборът на материали влияе върху съдбата на техния продукт. До 30% от замърсяването с микропластмаса може да произхожда от текстил, който има различни сценарии в края на живота си. Те могат да бъдат изхвърлени на сметище, изгорени за енергия или изхвърлени в околната среда. По-обещаващите опции включват повторно/рециклиране и биоразграждане. Новаторите трябва да работят към „кръгова икономика“, където материалното производство, употребата и изхвърлянето са в реципрочна връзка, минимизирайки общите отпадъци. Освен това материалите трябва да могат да бъдат рециклирани или като се минимизира тежестта за потребителите. Потенциален играч в тази област е полимлечната киселина (PLA), производно на ферментирало нишесте, което в момента се използва за производството на разградими пластмаси. 100% PLA облекла може да бъдат налични в бъдеще.
6. Авторите призовават екипите за научноизследователска и развойна дейност (R&D) да увеличат своя опит в основните принципи на науката за материалите. По-специално, изследователите и разработчиците от следващо поколение трябва да разбират връзките структура-свойство. Овладяването на тази връзка ще позволи на екипите за научноизследователска и развойна дейност да преценят как специфичните свойства на материала определят производителността на материала и как да настроят фино състава, структурата и обработката на материала, за да постигнат желаната производителност. Това може да помогне на екипите за научноизследователска и развойна дейност да преминат от подхода „отгоре надолу“ към дизайна на материалите, който подчертава външния вид и усещането на нов продукт. Вместо това биомимикрията може да функционира като подход „отдолу нагоре“ към дизайна на материалите, който взема предвид устойчивостта и издръжливостта в допълнение към естетиката на материалите от следващо поколение. Една от възможностите е да се използва рекомбинантен протеинов синтез - използване на лабораторно отгледани животински клетки за отглеждане на "кожа" без самото животно. Например отгледаната в лаборатория „кожа“ може да бъде обработена и дъбена като кожа от животински произход.
7. Той призовава иноваторите да разширят използването на биотехнологии, по-специално в областта на клетъчното инженерство. Много материали от следващо поколение разчитат на биотехнологични подходи, като гореспоменатата отгледана в лаборатория кожа, направена от култивирани клетки. Авторите подчертават, че с напредъка на биотехнологиите в създаването на материали от следващо поколение, иноваторите трябва да имат предвид пет съображения за процеса: избрания производствен организъм, начина за доставяне на хранителни вещества на организма, как да поддържат клетките „щастливи“ за максимален растеж, как да реколта/конвертиране в желания продукт и мащабиране. Увеличаването на мащаба или способността да се достави голям обем от продукт на разумна цена е от ключово значение за прогнозиране на търговския успех на материал от следващо поколение. Това може да бъде трудно и скъпо в пространства от следващо поколение. За щастие има редица ускорители и инкубатори, които да помогнат на иноваторите.

В допълнение към седемте обсъдени бели полета, авторите препоръчват индустрията за материали от следващо поколение да научи поуки от алтернативната протеинова индустрия. Това се дължи на приликите в предназначението и технологиите на двете индустрии. Например, новаторите от следващо поколение биха могли да разгледат растежа на мицела (технология, базирана на гъби). Алтернативната протеинова индустрия използва растежа на мицел за храна и прецизна ферментация. Въпреки това, поради уникалната структура и свойства на мицела, той е обещаваща алтернатива на кожата. Индустрията на материалите от следващо поколение, подобно на своя алтернативен протеинов аналог, трябва също да се съсредоточи върху създаването на потребителско търсене. Един от начините да направите това е чрез популярни модни марки, които приемат материали без животни.

Като цяло индустрията за материали от следващо поколение е обещаваща. Едно проучване показа, че 94% от респондентите са готови да ги закупят. Авторите са оптимисти, че продажбите на директни заместители от следващо поколение на материали от животински произход ще нарастват до 80% годишно през следващите пет години. След като материалите от следващо поколение съвпадат с достъпността и ефективността на материалите от текущото поколение, индустрията може да насочи стремежа към по-устойчиво бъдеще.