Materiály nové generace: Zkoumání příležitostí ve White Space

Analýzy bílých míst jsou podrobné zprávy o existujících trzích. Identifikují stav trhu, včetně toho, jaké produkty, služby a technologie existují, které jsou úspěšné, které se potýkají s problémy, a potenciální mezery na trhu pro budoucí inovace a podnikání. Tato podrobná analýza bílého prostoru odvětví živočišných alternativních materiálů „next-gen“ byla vytvořena v návaznosti na zprávu o stavu průmyslu z června 2021, kterou vydala iniciativa Materials Innovation Initiative. MII je think tank pro vědu o materiálech a inovace nové generace. V této zprávě se spojili s The Mills Fabrica, známým investorem v průmyslu materiálů nové generace.

Materiály nové generace jsou přímou náhradou konvenčních materiálů na bázi zvířat , jako je kůže, hedvábí, vlna, kožešina a prachové peří (neboli „zavedené materiály“). Inovátoři používají „biomimikry“ ke kopírování vzhledu, dojmu a účinnosti nahrazovaných živočišných produktů. však nejsou stejné jako zvířecí alternativy „současné generace“, jako je polyester, akryl a syntetická kůže vyrobená z petrochemických látek, jako je polyuretan. Materiály nové generace mají tendenci používat „biologické“ přísady – nikoli plasty – aby se minimalizovala jejich uhlíková stopa. Mezi materiály na biologické bázi patří mikroby, rostliny a houby. I když ne každá část výroby materiálů nové generace je zcela bio-založená, průmysl se snaží o udržitelné inovace prostřednictvím nových technologií zelené chemie.

Analýza bílého prostoru identifikuje sedm klíčových příležitostí pro inovace v průmyslu materiálů nové generace.

1. Existuje několik materiálů nové generace s omezenými inovacemi. Neúměrné množství (přibližně 2/3) inovátorů v oboru se zabývá kůží nové generace. To ponechává vlnu, hedvábí, prachové peří, kožešinu a exotické kůže nedostatečně investované a nedostatečně inovované, což poskytuje dostatek příležitostí pro budoucí růst. Ve srovnání s kožedělným průmyslem by tyto další materiály nové generace vedly k nižšímu objemu výroby, ale měly by potenciál pro vyšší zisk na jednotku.
2. Zpráva zdůrazňuje výzvy při zajišťování 100% udržitelnosti ekosystémů nové generace. Ačkoli průmysl zahrnuje „výstupní suroviny“, jako je zemědělský odpad a mikrobiální produkty, formulace textilií nové generace často stále vyžaduje ropu a nebezpečné materiály. Zvláštní pozornost vzbuzuje polyvinylchlorid a další polymery na bázi vinylu, které se často nacházejí v syntetické kůži. Navzdory své odolnosti je to jeden z nejškodlivějších plastů díky své závislosti na fosilních palivech, uvolňování nebezpečných sloučenin, používání škodlivých změkčovadel a nízké míře recyklace. Polyuretan na bio bázi nabízí slibnou alternativu, ale je stále ve vývoji. Autoři navrhují, že inovátoři a investoři musí vyvinout a komercializovat biologické, biologicky odbouratelné verze pojiv, nátěrů, barviv, přísad a dokončovacích činidel.
3. Povzbuzují inovátory nové generace, aby vytvářeli 100% syntetická vlákna na biologické bázi, aby zabránili použití polyesteru. V současnosti tvoří polyester 55 % všech ročně vyrobených textilních surovin. Protože je založen na ropě, je považován za „veřejného nepřítele číslo jedna“ v udržitelném módním průmyslu . Polyester je komplikovaný materiál v tom, že v současné době funguje jako „aktuální“ náhrada materiálů, jako je hedvábí a prachové peří. Je to však také environmentální riziko, protože může uvolňovat mikrovlákna do životního prostředí. Zpráva obhajuje udržitelná zlepšení strategií současné generace prostřednictvím vývoje polyesterových vláken na biologické bázi. Současné inovace jsou v procesu vytváření recyklovatelného polyesteru, ale problémy s biologickou rozložitelností na konci životnosti zůstávají problémem.
4. Autoři povzbuzují investory a inovátory, aby začlenili nové bioprodukty do materiálů nové generace. Jinými slovy, volají po nových objevech a technologiích v oblasti přírodních a polosyntetických (celulózových) vláken. Rostlinná vlákna, jako je bavlna a konopí, tvoří ~ 30 % celosvětové produkce vláken. Mezitím polosyntetika jako hedvábí tvoří ~6 %. Přestože jsou tato vlákna získávána z rostlin, stále vyvolávají obavy z udržitelnosti. Bavlna například využívá 2,5 % světové orné půdy, ale 10 % všech zemědělských chemikálií. Zemědělské zbytky, jako jsou zbytky z rýže a palmy olejné, nabízejí životaschopné možnosti pro recyklaci na použitelná vlákna. Řasy, které jsou 400krát účinnější než stromy při odstraňování CO2 z atmosféry, mají také potenciál jako nový zdroj bioproduktů.
5. Analýza vyžaduje zvýšenou všestrannost možností na konci životnosti produktů nové generace. Podle autorů mají dodavatelé, návrháři a výrobci nové generace odpovědnost za pochopení toho, jak výběr materiálu ovlivňuje osud jejich produktu. Až 30 % znečištění mikroplasty může pocházet z textilií, které mají různé scénáře konce životnosti. Mohou být uloženy na skládce, spáleny pro energii nebo vyhozeny do životního prostředí. Mezi slibnější možnosti patří re/upcyklace a biodegradace. Inovátoři by měli směřovat k „oběhové ekonomice“, kde výroba, použití a likvidace materiálu jsou ve vzájemném vztahu, čímž se minimalizuje celkový odpad. Kromě toho by materiály měly být možné buď recyklovat , nebo biologicky rozložit, což minimalizuje zátěž spotřebitelů. Potenciálním hráčem v této oblasti je kyselina polymléčná (PLA), fermentovaný škrobový derivát, který se v současnosti používá k výrobě rozložitelných plastů. Oděvy ze 100% PLA mohou být dostupné v budoucnu.
6. Autoři vyzývají týmy výzkumu a vývoje (R&D), aby zvýšily svou odbornost v základních principech materiálové vědy. Zejména výzkumníci a vývojáři nové generace musí rozumět vztahům mezi strukturou a vlastnostmi. Zvládnutí tohoto vztahu umožní týmům výzkumu a vývoje změřit, jak konkrétní vlastnosti materiálu ovlivňují výkon materiálu a jak doladit složení materiálu, strukturu a zpracování pro dosažení požadovaného výkonu. Tím může výzkumným a vývojovým týmům pomoci přejít od přístupu „shora dolů“ k materiálovému designu, který zdůrazňuje vzhled a dojem z nového produktu. Místo toho může biomimikry fungovat jako přístup „zdola nahoru“ k návrhu materiálů, který kromě estetiky materiálů nové generace zohledňuje udržitelnost a odolnost. Jednou z možností je použití rekombinantní syntézy proteinů – pomocí laboratorních zvířecích buněk k růstu „kůže“ bez samotného zvířete. Například v laboratoři vypěstovaná „kůže“ by mohla být zpracována a vyčiněna jako kůže pocházející ze zvířat.
7. Vyzývá inovátory, aby rozšířili využívání biotechnologie, konkrétně v oblasti buněčného inženýrství. Mnoho materiálů nové generace se spoléhá na biotechnologické přístupy, jako je výše zmíněná kůže pěstovaná v laboratoři vyrobená z kultivovaných buněk. Autoři zdůrazňují, že s pokrokem biotechnologie ve vytváření materiálů nové generace by inovátoři měli mít na paměti pět procesních úvah: zvolený produkční organismus, způsob, jak organismu dodávat živiny, jak udržet buňky „šťastné“ pro maximální růst, jak sklízet/převádět na požadovaný produkt a zvětšovat měřítko. Rozšiřování neboli schopnost dodávat velký objem produktu za rozumnou cenu je klíčem k předpovídání komerčního úspěchu materiálu nové generace. V prostorech nové generace to může být obtížné a nákladné. Naštěstí je k dispozici řada akcelerátorů a inkubátorů, které inovátorům pomáhají.

Kromě sedmi diskutovaných bílých míst autoři doporučují, aby se průmysl materiálů nové generace poučil z odvětví alternativních proteinů. To je způsobeno podobností těchto dvou odvětví v účelu a technologii. Inovátoři nové generace by se například mohli podívat na růst mycelia (technologie založená na houbách). Alternativní proteinový průmysl využívá růst mycelia pro potraviny a přesnou fermentaci. Vzhledem k jedinečné struktuře a vlastnostem mycelia je však slibnou alternativou kůže. Odvětví materiálů nové generace, stejně jako jeho alternativní proteinový protějšek, se musí také zaměřit na vytváření spotřebitelské poptávky. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je prostřednictvím populárních módních značek, které používají materiály bez zvířat.

Celkově je průmysl materiálů nové generace slibný. Jeden průzkum ukázal, že 94 % respondentů je ochotno si je koupit. Autoři jsou optimističtí, že prodej přímých náhrad za živočišné materiály nové generace se v příštích pěti letech zvýší až o 80 % ročně. Jakmile se materiály nové generace vyrovnají cenové dostupnosti a efektivitě materiálů současné generace, může průmysl zahájit cestu k udržitelnější budoucnosti.