Materials sostenibles de nova generació: oportunitats de creixement clau i informació sobre el mercat

Les anàlisis d'espais en blanc són informes detallats dels mercats existents. Identifiquen l'estat del mercat, incloent-hi quins productes, serveis i tecnologies existeixen, quins tenen èxit, quins estan lluitant i possibles buits del mercat per a la innovació i l'emprenedoria futurs. Aquesta anàlisi detallada de l'espai en blanc de la indústria de materials alternatius d'animals "de nova generació" es va formar com a continuació d' un informe sobre l'estat de la indústria del juny de 2021 de la Iniciativa d'Innovació de Materials. MII és un grup de reflexió per a la ciència i la innovació dels materials de nova generació. En aquest informe, es van associar amb The Mills Fabrica, un inversor conegut en la indústria dels materials de nova generació.

Els materials de nova generació són reemplaçaments directes dels materials convencionals d'origen animal, com ara cuir, seda, llana, pell i plomissol (o "materials habituals"). Els innovadors utilitzen el "biomimetisme" per copiar l'aspecte, la sensació i l'eficàcia dels productes animals que es substitueixen. Tanmateix, els materials de nova generació no són el mateix que les alternatives animals de "generació actual", com ara el polièster, l'acrílic i el cuir sintètic fets amb productes petroquímics com el poliuretà. Els materials de nova generació solen utilitzar ingredients "de base biològica", no plàstic, per minimitzar la seva petjada de carboni. Els materials de base biològica inclouen microbis, plantes i fongs. Tot i que no totes les parts de la producció de materials de nova generació són totalment bio-basades, la indústria s'està esforçant cap a la innovació sostenible mitjançant tecnologies emergents de química verda.

L'anàlisi de l'espai en blanc identifica set oportunitats clau per a la innovació en la indústria dels materials de nova generació.

1. Hi ha diversos materials de nova generació amb una innovació limitada. Una quantitat desproporcionada (aproximadament 2/3) d'innovadors de la indústria participen en la pell de nova generació. Això deixa la llana, la seda, el plomissol, la pell i les pells exòtiques de nova generació poc invertides i poc innovades, proporcionant àmplies oportunitats de creixement futur. En comparació amb la indústria del cuir, aquests altres materials de nova generació donarien com a resultat un menor volum de producció, però tindrien potencial per obtenir beneficis més elevats per unitat.
2. L'informe destaca els reptes per fer que els ecosistemes de nova generació siguin 100% sostenibles. Tot i que la indústria incorpora "matèries primeres" com els residus agrícoles i els productes microbians, la formulació de tèxtils de nova generació sovint encara requereix petroli i materials perillosos. De particular preocupació són el clorur de polivinil i altres polímers a base de vinil, que sovint es troben a la pell sintètica. Malgrat la seva durabilitat, és un dels plàstics més nocius per la seva dependència dels combustibles fòssils, l'alliberament de compostos perillosos, l'ús de plastificants nocius i la baixa taxa de reciclatge. El poliuretà de base bio ofereix una alternativa prometedora, però encara està en desenvolupament. Els autors suggereixen que els innovadors i els inversors han de desenvolupar i comercialitzar versions biodegradables d'aglutinants, recobriments, colorants, additius i agents d'acabat.
3. Animen els innovadors de nova generació a crear fibres sintètiques 100% bio-based per contrarestar l'ús del polièster. Actualment, el polièster representa el 55% de totes les matèries primeres tèxtils produïdes anualment. Com que es basa en el petroli, es considera "l'enemic públic número u" a la indústria de la moda sostenible . El polièster és un material complicat, ja que actualment funciona com un reemplaçament de "generació actual" de materials com la seda i el plomissol. Tanmateix, també és un risc mediambiental, ja que pot alliberar microfibres al medi ambient. L'informe advoca per millores sostenibles a les estratègies de generació actual mitjançant el desenvolupament de fibres de polièster de base biològica. Les innovacions actuals estan en procés per crear polièster reciclable, però els problemes de biodegradabilitat al final de la vida útil continuen sent una preocupació.
4. Els autors animen als inversors i innovadors a incorporar nous bioaliments als materials de nova generació. És a dir, demanen nous descobriments i tecnologies en fibres naturals i semisintètiques (cel·lulòsiques). Les fibres vegetals com el cotó i el cànem representen el 30% de la producció mundial de fibra. Mentrestant, els semisintètics com el raió representen un 6%. Tot i ser extretes de plantes, aquestes fibres encara causen problemes de sostenibilitat. El cotó, per exemple, utilitza el 2,5% de les terres cultivables del món, però el 10% de tots els productes químics agrícoles. Els residus agrícoles, com ara els residus de l'arròs i la palma d'oli, ofereixen opcions viables per reciclar-los en fibres utilitzables. Les algues, que són 400 vegades més eficients que els arbres per eliminar el CO2 de l'atmosfera, també tenen potencial com a nova font de bioalimentació.
5. L'anàlisi demana una major versatilitat en les opcions de final de vida dels productes de nova generació. Segons els autors, els proveïdors, dissenyadors i fabricants de nova generació tenen la responsabilitat d'entendre com la selecció de materials afecta el destí del seu producte. Fins a un 30% de la contaminació per microplàstics es pot originar en tèxtils, que tenen diversos escenaris de final de vida. Es poden abocar a un abocador, cremar per obtenir energia o llençar-se al medi ambient. Les opcions més prometedores inclouen el reciclatge/reciclatge i la biodegradació. Els innovadors haurien de treballar cap a una "economia circular", on la producció, l'ús i l'eliminació de materials estiguin en una relació recíproca, minimitzant els residus generals. A més, els materials haurien de poder ser reciclats o biodegradats, minimitzant la càrrega del consumidor . Un jugador potencial en aquesta àrea és l'àcid polilàctic (PLA), un derivat del midó fermentat, que actualment s'utilitza per fabricar plàstics degradables. Les peces 100% PLA poden estar disponibles en el futur.
6. Els autors demanen que els equips de recerca i desenvolupament (R+D) augmentin la seva experiència en els principis bàsics de la ciència dels materials. En particular, els investigadors i desenvolupadors de nova generació han d'entendre les relacions estructura-propietat. Dominar aquesta relació permetrà als equips d'R+D avaluar com les propietats específiques del material informen el rendiment d'un material i com ajustar la composició, l'estructura i el processament del material per aconseguir el rendiment desitjat. Fer-ho pot ajudar els equips d'R+D a passar d'un enfocament "de dalt a baix" al disseny de materials que emfatitza l'aspecte i la sensació d'un producte nou. En canvi, la biomimetisme pot funcionar com un enfocament "de baix a dalt" del disseny de materials que considera la sostenibilitat i la durabilitat a més de l'estètica dels materials de nova generació. Una opció és utilitzar la síntesi de proteïnes recombinants, utilitzant cèl·lules animals cultivades en laboratori per fer créixer la "pell" sense el propi animal. Per exemple, el "cuir" cultivat en laboratori es podria processar i adobar com el cuir d'origen animal.
7. Demana als innovadors que augmentin el seu ús de la biotecnologia, específicament dins de l'àrea de l'enginyeria cel·lular. Molts materials de nova generació es basen en enfocaments biotecnològics, com ara el cuir cultivat en laboratori esmentat a partir de cèl·lules cultivades. Els autors subratllen que a mesura que la biotecnologia avança en la creació de materials de nova generació, els innovadors haurien de tenir en compte cinc consideracions del procés: l'organisme de producció escollit, la manera de subministrar nutrients a l'organisme, com mantenir les cèl·lules "feliços" per al màxim creixement, com collir/convertir en el producte desitjat i ampliar-lo. L'augment d'escala, o la capacitat de subministrar un gran volum d'un producte a un cost raonable, és clau per predir l'èxit comercial d'un material de nova generació. Fer-ho pot ser difícil i costós als espais de nova generació. Afortunadament, hi ha una sèrie d'acceleradores i incubadores disponibles per ajudar els innovadors.

A més dels set espais en blanc comentats, els autors recomanen que la indústria dels materials de nova generació aprengui lliçons de la indústria de proteïnes alternatives. Això es deu a les similituds de propòsit i tecnologia de les dues indústries. Per exemple, els innovadors de nova generació podrien estudiar el creixement micelial (tecnologia basada en bolets). La indústria de proteïnes alternatives utilitza el creixement micelial per a la fermentació d'aliments i de precisió. Tanmateix, a causa de l'estructura i propietats úniques del miceli, és una alternativa prometedora al cuir. La indústria de materials de nova generació, com la seva contrapart de proteïnes alternatives, també s'ha de centrar a crear demanda dels consumidors. Una manera de fer-ho és mitjançant marques de moda populars que adopten materials sense animals.

En general, la indústria dels materials de nova generació és prometedora. Una enquesta va mostrar que el 94% dels enquestats estaven oberts a comprar-los. Els autors són optimistes que les vendes de reemplaçaments directes de nova generació per a materials d'origen animal augmentaran fins a un 80% anual durant els propers cinc anys. Una vegada que els materials de nova generació coincideixen amb l'assequibilitat i l'eficàcia dels materials de la generació actual, la indústria pot liderar el camí cap a un futur més sostenible.