Održivi materijali za sljedeću generaciju: ključne mogućnosti rasta i tržišni uvidi

Analize bijelog prostora su detaljni izvještaji o postojećim tržištima. Oni identifikuju stanje na tržištu, uključujući proizvode, usluge i tehnologije koji postoje, koji su uspješni, koji se bore i potencijalne tržišne praznine za buduće inovacije i poduzetništvo. Ova detaljna analiza praznog prostora industrije alternativnih životinjskih materijala „sljedeće generacije“ nastala je kao nastavak izvještaja o stanju industrije iz lipnja 2021. od strane Inicijative za inovacije materijala. MII je think tank za nauku o materijalima i inovacije sljedeće generacije. U ovom izvještaju su se udružili s The Mills Fabrica, poznatim investitorom u industriju materijala sljedeće generacije.

Materijali sljedeće generacije direktna su zamjena za konvencionalne materijale životinjskog porijekla kao što su koža, svila, vuna, krzno i ​​paperje (ili „trajni materijali“). Inovatori koriste "biomimikriju" da kopiraju izgled, osjećaj i djelotvornost životinjskih proizvoda koji se zamjenjuju. Međutim, materijali sljedeće generacije nisu isto što i životinjske alternative "trenutne generacije", kao što su poliester, akril i sintetička koža napravljena od petrokemikalija kao što je poliuretan. Materijali sljedeće generacije imaju tendenciju da koriste sastojke na "bio-baziranim" - a ne plastiku - kako bi se smanjio njihov ugljični otisak. Materijali na bazi biologije uključuju mikrobe, biljke i gljive. Iako nije svaki dio proizvodnje materijala sljedeće generacije u potpunosti bio-baziran, industrija teži održivoj inovaciji kroz nove tehnologije zelene kemije.

Analiza bijelog prostora identificira sedam ključnih mogućnosti za inovacije u industriji materijala sljedeće generacije.

1. Postoji nekoliko materijala sljedeće generacije sa ograničenim inovacijama. Nesrazmjerna količina (otprilike 2/3) inovatora u industriji je uključena u kožu sljedeće generacije. To ostavlja vunu, svilu, paperje, krzno i ​​egzotične kože sljedeće generacije nedovoljno uloženim i nedovoljno inovativnim, pružajući dovoljno mogućnosti za budući rast. U poređenju sa industrijom kože, ovi drugi materijali sledeće generacije bi rezultirali manjim obimom proizvodnje, ali bi imali potencijal za veći profit po jedinici.
2. Izvještaj naglašava izazove u tome da ekosistemi sljedeće generacije budu 100% održivi. Iako industrija uključuje "sirinu" kao što su poljoprivredni otpad i mikrobiološki proizvodi, formulacija tekstila sljedeće generacije često i dalje zahtijeva naftu i opasne materijale. Posebno zabrinjavaju polivinil hlorid i drugi polimeri na bazi vinila, koji se često nalaze u sintetičkoj koži. Uprkos svojoj izdržljivosti, to je jedna od najštetnijih plastika zbog oslanjanja na fosilna goriva, oslobađanja opasnih jedinjenja, upotrebe štetnih plastifikatora i niske stope recikliranja. Bio-bazirani poliuretan nudi obećavajuću alternativu, ali je još uvijek u razvoju. Autori predlažu da inovatori i investitori moraju razviti i komercijalizirati biorazgradive verzije veziva, premaza, boja, aditiva i završnih sredstava.
3. Oni ohrabruju inovatore sljedeće generacije da kreiraju 100% sintetička vlakna na biološkoj bazi kako bi se suprotstavili upotrebi poliestera. Trenutno, poliester čini 55% svih tekstilnih sirovina proizvedenih godišnje. Budući da je baziran na nafti, smatra se „javnim neprijateljem broj jedan“ u održivoj modnoj industriji . Poliester je kompliciran materijal jer trenutno funkcionira kao zamjena za materijale kao što su svila i paperje. Međutim, to je i rizik za okoliš, jer može otpustiti mikrovlakna u okoliš. Izvještaj se zalaže za održiva poboljšanja strategija sadašnje generacije kroz razvoj poliesterskih vlakana na bazi biologije. Trenutne inovacije su u procesu stvaranja poliestera koji se može reciklirati, ali problemi biorazgradljivosti na kraju životnog vijeka ostaju zabrinuti.
4. Autori ohrabruju investitore i inovatore da ugrade nove biosirovine u materijale sljedeće generacije. Drugim riječima, pozivaju na nova otkrića i tehnologije u prirodnim i polusintetičkim (celuloznim) vlaknima. Biljna vlakna kao što su pamuk i konoplja čine ~30% globalne proizvodnje vlakana. U međuvremenu, polusintetika poput rajona čini ~6%. Iako se crpe iz biljaka, ova vlakna i dalje izazivaju zabrinutost u pogledu održivosti. Pamuk, na primjer, koristi 2,5% svjetske obradive zemlje, ali ipak 10% svih poljoprivrednih hemikalija. Poljoprivredni ostaci, kao što su ostaci od riže i uljane palme, nude održive opcije za preradu u upotrebljiva vlakna. Alge, koje su 400 puta efikasnije od drveća u uklanjanju CO2 iz atmosfere, također imaju potencijal kao novi izvor biosirovine.
5. Analiza poziva na povećanu svestranost u opcijama na kraju životnog vijeka proizvoda sljedeće generacije. Prema autorima, dobavljači, dizajneri i proizvođači sljedeće generacije imaju odgovornost razumjeti kako odabir materijala utiče na sudbinu njihovog proizvoda. Do 30% zagađenja mikroplastikom može poticati od tekstila, koji ima različite scenarije na kraju životnog vijeka. Mogu se odložiti na deponiju, spaliti za dobijanje energije ili baciti u životnu sredinu. Više obećavajuće opcije uključuju ponovno recikliranje i biorazgradnju. Inovatori bi trebali raditi u pravcu „kružne ekonomije“, gdje su proizvodnja, upotreba i odlaganje materijala u uzajamnom odnosu, minimizirajući ukupni otpad. Osim toga, materijali bi trebali biti u mogućnosti da se recikliraju ili biorazgradili, što bi smanjilo opterećenje potrošača. Potencijalni igrač u ovoj oblasti je polimliječna kiselina (PLA), fermentirani derivat škroba, koji se trenutno koristi za proizvodnju razgradive plastike. Odjeća od 100% PLA mogla bi biti dostupna u budućnosti.
6. Autori pozivaju timove za istraživanje i razvoj (R&D) da povećaju svoju stručnost u osnovnim principima nauke o materijalima. Posebno, istraživači i programeri sljedeće generacije moraju razumjeti odnose strukture i svojstva. Ovladavanje ovim odnosom omogućit će timovima za istraživanje i razvoj da procijene kako specifična svojstva materijala utiču na performanse materijala i kako fino podesiti sastav materijala, strukturu i obradu kako bi postigli željene performanse. To može pomoći timovima za istraživanje i razvoj da se okrenu od pristupa "odozgo prema dolje" dizajnu materijala koji naglašava izgled i osjećaj novog proizvoda. Umjesto toga, biomimikrija može funkcionirati kao pristup dizajnu materijala odozdo prema gore koji uzima u obzir održivost i izdržljivost uz estetiku materijala sljedeće generacije. Jedna opcija je korištenje rekombinantne sinteze proteina - korištenjem životinjskih stanica uzgojenih u laboratoriji za uzgoj "kože" bez same životinje. Na primjer, laboratorijski uzgojena "koža" mogla bi se obraditi i štavliti poput kože životinjskog porijekla.
7. Poziva inovatore da povećaju svoju upotrebu biotehnologije, posebno u oblasti ćelijskog inženjeringa. Mnogi materijali sljedeće generacije oslanjaju se na biotehnološke pristupe, kao što je prethodno spomenuta laboratorijski uzgojena koža napravljena od kultiviranih stanica. Autori naglašavaju da kako biotehnologija napreduje u stvaranju materijala sljedeće generacije, inovatori bi trebali imati na umu pet procesnih razmatranja: odabrani proizvodni organizam, način snabdijevanja nutrijentima organizmu, kako održati stanice “sretnim” za maksimalni rast, kako berba/pretvorba u željeni proizvod i povećanje. Povećanje, ili mogućnost isporuke velike količine proizvoda po razumnoj cijeni, ključ je za predviđanje komercijalnog uspjeha materijala sljedeće generacije. To može biti teško i skupo u prostorima sljedeće generacije. Srećom, brojni akceleratori i inkubatori dostupni su za pomoć inovatorima.

Pored sedam razmaka o kojima se raspravlja, autori preporučuju da industrija materijala sljedeće generacije nauči lekcije iz industrije alternativnih proteina. To je zbog sličnosti ove dvije industrije u namjeni i tehnologiji. Na primjer, inovatori sljedeće generacije mogli bi istražiti rast micelija (tehnologija zasnovana na gljivama). Alternativna industrija proteina koristi rast micelija za hranu i preciznu fermentaciju. Međutim, zbog jedinstvene strukture i svojstava micelija, on je obećavajuća alternativa koži. Industrija materijala sljedeće generacije, kao i njen alternativni proteinski kolega, također se mora fokusirati na stvaranje potražnje potrošača. Jedan od načina da to učinite je da popularni modni brendovi usvajaju materijale bez životinja.

Sve u svemu, industrija materijala sljedeće generacije obećava. Jedna anketa je pokazala da je 94% ispitanika otvoreno za njihovu kupovinu. Autori su optimistični da će se prodaja direktnih zamjena sljedeće generacije za materijale životinjskog podrijetla povećati do 80% godišnje u narednih pet godina. Jednom kada materijali nove generacije budu u skladu sa pristupačnošću i efektivnošću materijala trenutne generacije, industrija može pokrenuti put ka održivijoj budućnosti.