Nachhaltige Materialien der nächsten Generation: Schlüsselwachstumschancen und Markteinsichten

White-Space-Analysen sind detaillierte Berichte über bestehende Märkte. Sie identifizieren den Zustand des Marktes, einschließlich der vorhandenen Produkte, Dienstleistungen und Technologien, welche erfolgreich sind, welche Probleme haben, und potenzielle Marktlücken für zukünftige Innovationen und Unternehmertum. Diese detaillierte White-Space-Analyse der Industrie für tierische Alternativmaterialien der „nächsten Generation“ wurde als Folgemaßnahme zu einem Branchenbericht vom Juni 2021 der Materials Innovation Initiative erstellt. MII ist ein Think Tank für Materialwissenschaft und Innovation der nächsten Generation. In diesem Bericht arbeiteten sie mit The Mills Fabrica zusammen, einem bekannten Investor in der Materialindustrie der nächsten Generation.

Materialien der nächsten Generation sind ein direkter Ersatz für herkömmliche tierische Materialien wie Leder, Seide, Wolle, Pelz und Daunen (oder „etablierte Materialien“). Innovatoren nutzen „Biomimikry“, um das Aussehen, die Haptik und die Wirksamkeit der zu ersetzenden tierischen Produkte zu kopieren. jedoch nicht dasselbe wie tierische Alternativen der „aktuellen Generation“ wie Polyester, Acryl und Kunstleder, die aus Petrochemikalien wie Polyurethan hergestellt werden. Materialien der nächsten Generation verwenden in der Regel „biobasierte“ Inhaltsstoffe – nicht Kunststoff –, um ihren CO2-Fußabdruck zu minimieren. Zu den biobasierten Materialien gehören Mikroben, Pflanzen und Pilze. Obwohl nicht jeder Teil der Materialproduktion der nächsten Generation vollständig biobasiert ist, strebt die Branche nach nachhaltigen Innovationen durch neue Technologien der grünen Chemie.

Die White-Space-Analyse identifiziert sieben wichtige Innovationsmöglichkeiten in der Materialindustrie der nächsten Generation.

1. Es gibt mehrere Materialien der nächsten Generation mit begrenzter Innovation. Überproportional viele (ungefähr 2/3) der Innovatoren in der Branche sind an Leder der nächsten Generation beteiligt. Dies führt dazu, dass Wolle, Seide, Daunen, Pelze und exotische Häute der nächsten Generation zu wenig investiert und nicht innovativ sind, was zahlreiche Möglichkeiten für zukünftiges Wachstum bietet. Im Vergleich zur Lederindustrie würden diese anderen Materialien der nächsten Generation zu einem geringeren Produktionsvolumen führen, hätten aber das Potenzial für einen höheren Gewinn pro Einheit.
2. Der Bericht beleuchtet die Herausforderungen, Ökosysteme der nächsten Generation zu 100 % nachhaltig zu gestalten. Obwohl die Industrie „Rohstoffe“ wie landwirtschaftliche Abfälle und mikrobielle Produkte verwendet, werden für die Formulierung von Textilien der nächsten Generation häufig immer noch Erdöl und gefährliche Materialien benötigt. Besonders besorgniserregend sind Polyvinylchlorid und andere Polymere auf Vinylbasis, die häufig in Kunstleder vorkommen. Trotz seiner Haltbarkeit ist es aufgrund seiner Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, der Freisetzung gefährlicher Verbindungen, der Verwendung schädlicher Weichmacher und der geringen Recyclingquote einer der schädlichsten Kunststoffe. Biobasiertes Polyurethan bietet eine vielversprechende Alternative, befindet sich jedoch noch in der Entwicklung. Die Autoren schlagen vor, dass Innovatoren und Investoren biobasierte, biologisch abbaubare Versionen von Bindemitteln, Beschichtungen, Farbstoffen, Zusatzstoffen und Veredelungsmitteln entwickeln und vermarkten müssen.
3. Sie ermutigen Innovatoren der nächsten Generation, 100 % biobasierte synthetische Fasern zu entwickeln, um der Verwendung von Polyester entgegenzuwirken. Derzeit macht Polyester 55 % aller jährlich produzierten Textilrohstoffe aus. nachhaltigen Modebranche als „Staatsfeind Nummer eins“ . Polyester ist insofern ein kompliziertes Material, als es derzeit als „aktueller“ Ersatz für Materialien wie Seide und Daunen fungiert. Allerdings stellt es auch ein Umweltrisiko dar, da dadurch Mikrofasern in die Umwelt gelangen können. Der Bericht plädiert für nachhaltige Verbesserungen der Strategien der aktuellen Generation durch die Entwicklung biobasierter Polyesterfasern. Derzeit werden Innovationen zur Herstellung von recycelbarem Polyester entwickelt, doch die Frage der biologischen Abbaubarkeit am Ende der Lebensdauer gibt weiterhin Anlass zur Sorge.
4. Die Autoren ermutigen Investoren und Innovatoren, neue Biorohstoffe in Materialien der nächsten Generation zu integrieren. Mit anderen Worten: Sie erfordern neue Entdeckungen und Technologien bei natürlichen und halbsynthetischen (Zellulose-)Fasern. Pflanzenfasern wie Baumwolle und Hanf machen etwa 30 % der weltweiten Faserproduktion aus. Mittlerweile machen halbsynthetische Stoffe wie Viskose etwa 6 % aus. Obwohl diese Fasern aus Pflanzen gewonnen werden, geben sie immer noch Anlass zu Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit. Baumwolle verbraucht beispielsweise 2,5 % der weltweiten Ackerfläche, aber 10 % aller Agrarchemikalien. Landwirtschaftliche Reststoffe, wie Rückstände von Reis und Ölpalmen, bieten praktikable Optionen für das Upcycling zu verwertbaren Fasern. Algen, die 400-mal effizienter als Bäume CO2 aus der Atmosphäre entfernen, haben auch Potenzial als neue Biorohstoffquelle.
5. Die Analyse fordert eine größere Vielseitigkeit bei den End-of-Life-Optionen für Produkte der nächsten Generation. Den Autoren zufolge haben Zulieferer, Designer und Hersteller der nächsten Generation die Verantwortung zu verstehen, wie sich die Materialauswahl auf das Schicksal ihres Produkts auswirkt. Bis zu 30 % der Mikroplastikverschmutzung kann von Textilien ausgehen, für die es unterschiedliche End-of-Life-Szenarien gibt. Sie können auf einer Mülldeponie entsorgt, zur Energiegewinnung verbrannt oder in der Umwelt entsorgt werden. Zu den vielversprechenderen Optionen gehören Re/Upcycling und biologischer Abbau. Innovatoren sollten auf eine „Kreislaufwirtschaft“ hinarbeiten, in der Materialproduktion, -nutzung und -entsorgung in einem wechselseitigen Verhältnis zueinander stehen und der Gesamtabfall minimiert wird. entweder recycelt oder abbaubar sein , um die Belastung für den Verbraucher zu minimieren. Ein potenzieller Akteur in diesem Bereich ist Polymilchsäure (PLA), ein fermentiertes Stärkederivat, das derzeit zur Herstellung abbaubarer Kunststoffe verwendet wird. In Zukunft könnten Kleidungsstücke aus 100 % PLA erhältlich sein.
6. Die Autoren fordern Forschungs- und Entwicklungsteams (F&E), ihre Fachkenntnisse in den Kernprinzipien der Materialwissenschaften zu erweitern. Insbesondere müssen Forscher und Entwickler der nächsten Generation die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen verstehen. Durch die Beherrschung dieser Beziehung können Forschungs- und Entwicklungsteams abschätzen, wie bestimmte Materialeigenschaften die Leistung eines Materials beeinflussen und wie die Materialzusammensetzung, -struktur und -verarbeitung optimiert werden kann, um die gewünschte Leistung zu erzielen. Dies kann F&E-Teams dabei helfen, von einem „Top-Down“-Ansatz zum Materialdesign überzugehen, das das Aussehen und die Haptik eines neuartigen Produkts hervorhebt. Stattdessen kann Biomimikry als „Bottom-up“-Ansatz für das Materialdesign fungieren, der neben der Ästhetik von Materialien der nächsten Generation auch Nachhaltigkeit und Haltbarkeit berücksichtigt. Eine Möglichkeit besteht darin, die rekombinante Proteinsynthese zu nutzen – indem im Labor gezüchtete Tierzellen verwendet werden, um „Haut“ ohne das Tier selbst zu züchten. Beispielsweise könnte im Labor gezüchtetes „Fell“ wie Leder tierischen Ursprungs verarbeitet und gegerbt werden.
7. Es fordert Innovatoren dazu auf, den Einsatz von Biotechnologie, insbesondere im Bereich der Zelltechnik, zu verstärken. Viele Materialien der nächsten Generation basieren auf biotechnologischen Ansätzen, wie beispielsweise das oben erwähnte, im Labor gezüchtete Leder aus kultivierten Zellen. Die Autoren betonen, dass Innovatoren angesichts der Fortschritte der Biotechnologie bei der Herstellung von Materialien der nächsten Generation fünf Prozessüberlegungen berücksichtigen sollten: den gewählten Produktionsorganismus, die Art und Weise, wie der Organismus mit Nährstoffen versorgt wird, wie man Zellen für maximales Wachstum „glücklich“ hält und wie Ernte/Umwandlung in das gewünschte Produkt und Maßstabsvergrößerung. Scale-up oder die Fähigkeit, eine große Menge eines Produkts zu angemessenen Kosten bereitzustellen, ist der Schlüssel zur Vorhersage des kommerziellen Erfolgs eines Materials der nächsten Generation. Dies kann in Räumen der nächsten Generation schwierig und teuer sein. Glücklicherweise stehen eine Reihe von Beschleunigern und Inkubatoren zur Verfügung, um Innovatoren zu unterstützen.

Zusätzlich zu den sieben besprochenen Leerzeichen empfehlen die Autoren, dass die Materialindustrie der nächsten Generation Lehren aus der alternativen Proteinindustrie zieht. Dies ist auf die Ähnlichkeiten der beiden Branchen hinsichtlich Zweck und Technologie zurückzuführen. Beispielsweise könnten Innovatoren der nächsten Generation das Myzelwachstum (auf Pilzen basierende Technologie) untersuchen. Die alternative Proteinindustrie nutzt das Myzelwachstum für Lebensmittel und Präzisionsfermentation. Aufgrund der einzigartigen Struktur und Eigenschaften von Myzel ist es jedoch eine vielversprechende Alternative zu Leder. Die Materialindustrie der nächsten Generation muss sich ebenso wie ihr alternatives Protein-Pendant darauf konzentrieren, die Nachfrage der Verbraucher zu wecken. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, dass beliebte Modemarken tierversuchsfreie Materialien verwenden.

Insgesamt ist die Materialindustrie der nächsten Generation vielversprechend. Eine Umfrage ergab, dass 94 % der Befragten bereit waren, sie zu kaufen. Die Autoren sind optimistisch, dass der Umsatz mit direkten Ersatzstoffen für tierische Materialien der nächsten Generation in den nächsten fünf Jahren jährlich um bis zu 80 % steigen wird. Sobald Materialien der nächsten Generation in Bezug auf Erschwinglichkeit und Wirksamkeit mit Materialien der aktuellen Generation mithalten können, kann die Branche den Weg in eine nachhaltigere Zukunft anführen.