Σε μια εποχή όπου η βιωσιμότητα δεν είναι πλέον πολυτέλεια αλλά ανάγκη, η βιομηχανία υλικών υφίσταται μια μεταμορφωτική στροφή προς φιλικές προς το περιβάλλον καινοτομίες. Η τελευταία ανάλυση λευκού χώρου από την Πρωτοβουλία Υλικού Καινοτομίας (MII) και The Mills Fabrica εμβαθύνει στον αναπτυσσόμενο τομέα των υλικών επόμενης γενιάς, υπογραμμίζοντας τόσο τους θριάμβους όσο και τις προκλήσεις που καθορίζουν αυτόν τον δυναμικό τομέα. Αυτά τα υλικά επόμενης γενιάς στοχεύουν να αντικαταστήσουν τα συμβατικά προϊόντα με βάση τα ζώα όπως το δέρμα, το μετάξι, το μαλλί, τη γούνα και το πούπουλο με βιώσιμες εναλλακτικές λύσεις που μιμούνται την εμφάνιση, την αίσθηση και τη λειτουργικότητά τους. Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά συνθετικά υποκατάστατα που παράγονται από πετροχημικά, τα υλικά επόμενης γενιάς αξιοποιούν συστατικά βιολογικής βάσης, όπως μικρόβια, φυτά και μύκητες, προσπαθώντας να ελαχιστοποιήσουν το αποτύπωμα άνθρακα και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις τους.
Η έκθεση εντοπίζει επτά βασικές ευκαιρίες για ανάπτυξη και καινοτομία στη βιομηχανία υλικών επόμενης γενιάς. Υπογραμμίζει την ανάγκη για διαφοροποίηση πέρα από το δέρμα επόμενης γενιάς, το οποίο κυριαρχεί επί του παρόντος στην αγορά, αφήνοντας άλλα υλικά όπως το μαλλί, το μετάξι και το που δεν έχουν διερευνηθεί. Επιπλέον, η ανάλυση επισημαίνει την κρίσιμη ανάγκη για πλήρως βιώσιμα οικοσυστήματα, προτρέποντας την ανάπτυξη βιοαποικοδομήσιμων συνδετικών, επικαλύψεων και προσθέτων για την αντικατάσταση των επιβλαβών πετροχημικών παραγώγων. Η έκκληση για 100% βιο-βασισμένες συνθετικές ίνες για την εξουδετέρωση των περιβαλλοντικών κινδύνων που θέτει ο πολυεστέρας υπογραμμίζει περαιτέρω τη δέσμευση της βιομηχανίας για βιωσιμότητα.
Επιπλέον, η έκθεση υποστηρίζει την ενσωμάτωση νέων πηγών βιοτροφής, όπως τα γεωργικά υπολείμματα και τα φύκια, για τη δημιουργία πιο βιώσιμων ινών. Υπογραμμίζει επίσης τη σημασία των ευέλικτων επιλογών στο τέλος του κύκλου ζωής για προϊόντα επόμενης γενιάς, προωθώντας μια κυκλική οικονομία όπου τα υλικά μπορούν να ανακυκλωθούν ή να βιοαποικοδομηθούν με ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η ανάλυση τονίζει την ανάγκη για τις ομάδες Ε&Α να εμβαθύνουν την τεχνογνωσία τους στην επιστήμη των υλικών, ιδιαίτερα στην κατανόηση των σχέσεων δομής-ιδιότητας για τη βελτίωση της απόδοσης και της βιωσιμότητας των υλικών επόμενης γενιάς. Απαιτεί την κλιμάκωση των βιοτεχνολογικών προσεγγίσεων, όπως η κυτταρική μηχανική, για την προώθηση της ανάπτυξης υλικών που καλλιεργούνται στο εργαστήριο.
Καθώς η βιομηχανία υλικών επόμενης γενιάς συνεχίζει να εξελίσσεται, αυτή η ανάλυση του λευκού χώρου χρησιμεύει ως κρίσιμος οδικός χάρτης για καινοτόμους και επενδυτές, οδηγώντας τους σε βιώσιμες και κερδοφόρες επιχειρήσεις στην προσπάθεια να φέρουν επανάσταση στο τοπίο των υλικών.
Περίληψη Από: Dr. S. Marek Muller | Πρωτότυπη μελέτη από: Material Innovation Initiative. (2021) | Δημοσίευση: 12 Ιουλίου 2024
Μια ανάλυση λευκού χώρου εντόπισε τις παρούσες επιτυχίες, δυσκολίες και ευκαιρίες στη βιομηχανία υλικών «επόμενης γενιάς».
Οι αναλύσεις του λευκού χώρου είναι λεπτομερείς αναφορές για τις υπάρχουσες αγορές. Προσδιορίζουν την κατάσταση της αγοράς, συμπεριλαμβανομένων των προϊόντων, των υπηρεσιών και των τεχνολογιών που υπάρχουν, που πετυχαίνουν, που δυσκολεύονται και πιθανά κενά της αγοράς για μελλοντική καινοτομία και επιχειρηματικότητα. Αυτή η λεπτομερής ανάλυση του λευκού χώρου της βιομηχανίας εναλλακτικών υλικών ζώων «επόμενης γενιάς» διαμορφώθηκε ως συνέχεια μιας έκθεσης κατάστασης της βιομηχανίας του Ιουνίου 2021 από την Πρωτοβουλία Καινοτομίας Υλικών. Το MII είναι μια δεξαμενή σκέψης για την επιστήμη και την καινοτομία των υλικών επόμενης γενιάς. Σε αυτήν την έκθεση, συνεργάστηκαν με την The Mills Fabrica, έναν γνωστό επενδυτή στη βιομηχανία υλικών επόμενης γενιάς.
Τα υλικά επόμενης γενιάς είναι άμεσες αντικαταστάσεις για συμβατικά υλικά με βάση τα ζώα, όπως δέρμα, μετάξι, μαλλί, γούνα και πούπουλα (ή «υπάρχοντα υλικά»). Οι καινοτόμοι χρησιμοποιούν τη «βιομιμικότητα» για να αντιγράψουν την εμφάνιση, την αίσθηση και την αποτελεσματικότητα των ζωικών προϊόντων που αντικαθίστανται. Ωστόσο, τα υλικά επόμενης γενιάς δεν είναι τα ίδια με τα εναλλακτικά ζώα «τρέχουσας γενιάς», όπως ο πολυεστέρας, το ακρυλικό και το συνθετικό δέρμα που κατασκευάζονται από πετροχημικά όπως η πολυουρεθάνη. Τα υλικά επόμενης γενιάς τείνουν να χρησιμοποιούν συστατικά «βιολογικά» —όχι πλαστικά— προκειμένου να ελαχιστοποιήσουν το αποτύπωμα άνθρακα τους. Τα βιολογικά υλικά περιλαμβάνουν μικρόβια, φυτά και μύκητες. Ενώ δεν είναι όλα τα μέρη της παραγωγής υλικών επόμενης γενιάς εξ ολοκλήρου βιολογικής βάσης, η βιομηχανία αγωνίζεται για βιώσιμη καινοτομία μέσω των αναδυόμενων τεχνολογιών πράσινης χημείας.
Η ανάλυση του λευκού χώρου εντοπίζει επτά βασικές ευκαιρίες για καινοτομία στη βιομηχανία υλικών επόμενης γενιάς.
- Υπάρχουν πολλά υλικά επόμενης γενιάς με περιορισμένη καινοτομία. Ένας δυσανάλογος αριθμός (περίπου τα 2/3) καινοτόμων στη βιομηχανία εμπλέκονται στο δέρμα επόμενης γενιάς. Αυτό αφήνει το μαλλί, το μετάξι, το πούπουλο, τη γούνα και τις εξωτικές επιδερμίδες επόμενης γενιάς υποεπενδύσεις και ανεπαρκείς καινοτομίες, παρέχοντας άφθονες ευκαιρίες για μελλοντική ανάπτυξη. Σε σύγκριση με τη βιομηχανία δέρματος, αυτά τα άλλα υλικά επόμενης γενιάς θα οδηγούσαν σε χαμηλότερο όγκο παραγωγής, αλλά έχουν δυνατότητες υψηλότερου κέρδους ανά μονάδα.
- Η έκθεση υπογραμμίζει τις προκλήσεις για να γίνουν τα οικοσυστήματα επόμενης γενιάς 100% βιώσιμα. Αν και η βιομηχανία ενσωματώνει «πρώτες ύλες» όπως γεωργικά απόβλητα και μικροβιακά προϊόντα, η σύνθεση κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων επόμενης γενιάς συχνά εξακολουθεί να απαιτεί πετρέλαιο και επικίνδυνα υλικά. Ιδιαίτερη ανησυχία προκαλούν το χλωριούχο πολυβινύλιο και άλλα πολυμερή με βάση το βινύλιο, τα οποία βρίσκονται συχνά στο συνθετικό δέρμα. Παρά την ανθεκτικότητά του, είναι ένα από τα πιο επιβλαβή πλαστικά λόγω της εξάρτησής του από ορυκτά καύσιμα, της απελευθέρωσης επικίνδυνων ενώσεων, της χρήσης επιβλαβών πλαστικοποιητών και του χαμηλού ποσοστού ανακύκλωσης. Η πολυουρεθάνη βιολογικής βάσης προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση, αλλά βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη. Οι συγγραφείς προτείνουν ότι οι καινοτόμοι και οι επενδυτές πρέπει να αναπτύξουν και να εμπορευματοποιήσουν βιοαποικοδομήσιμες εκδόσεις συνδετικών, επικαλύψεων, βαφών, πρόσθετων και υλικών φινιρίσματος.
- Ενθαρρύνουν τους καινοτόμους επόμενης γενιάς να δημιουργήσουν 100% βιο-βασισμένες συνθετικές ίνες για να αντιμετωπίσουν τη χρήση πολυεστέρα. Επί του παρόντος, ο πολυεστέρας αντιπροσωπεύει το 55% όλων των κλωστοϋφαντουργικών πρώτων υλών που παράγονται ετησίως. Επειδή βασίζεται στο πετρέλαιο, θεωρείται «δημόσιος εχθρός νούμερο ένα» στη βιομηχανία της βιώσιμης μόδας . Ο πολυεστέρας είναι ένα πολύπλοκο υλικό καθώς λειτουργεί επί του παρόντος ως αντικατάσταση «τρέχουσας γενιάς» για υλικά όπως το μετάξι και το πούπουλο. Ωστόσο, αποτελεί και περιβαλλοντικό κίνδυνο, καθώς μπορεί να απελευθερώσει μικροΐνες στο περιβάλλον. Η έκθεση υποστηρίζει βιώσιμες βελτιώσεις στις στρατηγικές της τρέχουσας γενιάς μέσω της ανάπτυξης ινών πολυεστέρα βιολογικής βάσης. Οι τρέχουσες καινοτομίες βρίσκονται σε εξέλιξη για τη δημιουργία ανακυκλώσιμου πολυεστέρα, αλλά τα ζητήματα βιοδιασπασιμότητας στο τέλος του κύκλου ζωής παραμένουν ανησυχητικά.
- Οι συγγραφείς ενθαρρύνουν τους επενδυτές και τους καινοτόμους να ενσωματώσουν νέα βιοτροφή σε υλικά επόμενης γενιάς. Με άλλα λόγια, ζητούν νέες ανακαλύψεις και τεχνολογίες σε φυσικές και ημι-συνθετικές (κυτταρινικές) ίνες. Οι φυτικές ίνες όπως το βαμβάκι και η κάνναβη αποτελούν το ~30% της παγκόσμιας παραγωγής ινών. Εν τω μεταξύ, τα ημισυνθετικά όπως το ρεγιόν αποτελούν το ~6%. Παρά το γεγονός ότι προέρχονται από φυτά, αυτές οι ίνες εξακολουθούν να προκαλούν ανησυχίες για τη βιωσιμότητα. Το βαμβάκι, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί το 2,5% της καλλιεργήσιμης γης στον κόσμο, αλλά το 10% όλων των γεωργικών χημικών προϊόντων. Τα γεωργικά υπολείμματα, όπως τα υπολείμματα από το ρύζι και τον φοινικέλαιο, προσφέρουν βιώσιμες επιλογές για ανακύκλωση σε χρησιμοποιήσιμες ίνες. Τα φύκια, τα οποία είναι 400 φορές πιο αποτελεσματικά από τα δέντρα στην απομάκρυνση του CO2 από την ατμόσφαιρα, μπορούν επίσης να αποτελέσουν νέα πηγή βιοτροφής.
- Η ανάλυση απαιτεί αυξημένη ευελιξία στις επιλογές στο τέλος του κύκλου ζωής των προϊόντων επόμενης γενιάς. Σύμφωνα με τους συγγραφείς, οι προμηθευτές, οι σχεδιαστές και οι κατασκευαστές επόμενης γενιάς έχουν την ευθύνη να κατανοήσουν πώς η επιλογή υλικού επηρεάζει τη μοίρα του προϊόντος τους. Έως και το 30% της ρύπανσης από μικροπλαστικά μπορεί να προέρχεται από κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, τα οποία έχουν ποικίλα σενάρια τέλους ζωής. Μπορεί να πεταχτούν σε χώρο υγειονομικής ταφής, να καούν για ενέργεια ή να απορριφθούν στο περιβάλλον. Πιο πολλά υποσχόμενες επιλογές περιλαμβάνουν την ανακύκλωση και τη βιοαποδόμηση. Οι καινοτόμοι θα πρέπει να εργαστούν προς μια «κυκλική οικονομία», όπου η παραγωγή, η χρήση και η διάθεση υλικών βρίσκονται σε αμοιβαία σχέση, ελαχιστοποιώντας τη συνολική σπατάλη. Επιπλέον, τα υλικά θα πρέπει να μπορούν είτε ανακυκλώνονται είτε να βιοαποικοδομήνονται, ελαχιστοποιώντας την επιβάρυνση των καταναλωτών. Ένας πιθανός παίκτης σε αυτόν τον τομέα είναι το πολυγαλακτικό οξύ (PLA), ένα παράγωγο αμύλου που έχει υποστεί ζύμωση, το οποίο σήμερα χρησιμοποιείται για την παραγωγή αποικοδομήσιμων πλαστικών. Ενδύματα 100% PLA ενδέχεται να είναι διαθέσιμα στο μέλλον.
- Οι συγγραφείς ζητούν ομάδες έρευνας και ανάπτυξης (R&D) να αυξήσουν την τεχνογνωσία τους στις βασικές αρχές της επιστήμης των υλικών. Ειδικότερα, οι ερευνητές και οι προγραμματιστές επόμενης γενιάς πρέπει να κατανοήσουν τις σχέσεις δομής-ιδιότητας. Η εκμάθηση αυτής της σχέσης θα επιτρέψει στις ομάδες Ε&Α να μετρήσουν πώς συγκεκριμένες ιδιότητες υλικού ενημερώνουν την απόδοση ενός υλικού και πώς να τελειοποιήσουν τη σύνθεση, τη δομή και την επεξεργασία του υλικού για να επιτύχουν την επιθυμητή απόδοση. Κάτι τέτοιο μπορεί να βοηθήσει τις ομάδες Ε&Α να στραφούν από μια προσέγγιση «από πάνω προς τα κάτω» στον σχεδιασμό υλικών που δίνει έμφαση στην εμφάνιση και την αίσθηση ενός νέου προϊόντος. Αντίθετα, η βιομίμηση μπορεί να λειτουργήσει ως μια προσέγγιση «από κάτω προς τα πάνω» στο σχεδιασμό υλικών που λαμβάνει υπόψη τη βιωσιμότητα και την ανθεκτικότητα εκτός από την αισθητική των υλικών επόμενης γενιάς. Μια επιλογή είναι η χρήση ανασυνδυασμένης πρωτεϊνικής σύνθεσης — χρησιμοποιώντας ζωικά κύτταρα που έχουν αναπτυχθεί στο εργαστήριο για να αναπτυχθεί «δέρμα» χωρίς το ίδιο το ζώο. Για παράδειγμα, το "δέρμα" που καλλιεργείται στο εργαστήριο θα μπορούσε να υποστεί επεξεργασία και να μαυριστεί όπως το δέρμα ζωικής προέλευσης.
- Καλεί τους καινοτόμους να κλιμακώσουν τη χρήση της βιοτεχνολογίας, ειδικά στον τομέα της κυτταρικής μηχανικής. Πολλά υλικά επόμενης γενιάς βασίζονται σε βιοτεχνολογικές προσεγγίσεις, όπως το προαναφερθέν εργαστηριακό δέρμα κατασκευασμένο από καλλιεργημένα κύτταρα. Οι συγγραφείς τονίζουν ότι καθώς η βιοτεχνολογία προχωρά στη δημιουργία υλικών επόμενης γενιάς, οι καινοτόμοι πρέπει να προσέχουν πέντε ζητήματα διαδικασίας: τον επιλεγμένο οργανισμό παραγωγής, τον τρόπο παροχής θρεπτικών συστατικών στον οργανισμό, πώς να διατηρούν τα κύτταρα «ευτυχισμένα» για μέγιστη ανάπτυξη, πώς να συγκομιδή/μετατροπή στο επιθυμητό προϊόν και κλιμάκωση. Η κλιμάκωση, ή η ικανότητα παροχής μεγάλου όγκου προϊόντος με λογικό κόστος, είναι το κλειδί για την πρόβλεψη της εμπορικής επιτυχίας ενός υλικού επόμενης γενιάς. Κάτι τέτοιο μπορεί να είναι δύσκολο και δαπανηρό σε χώρους επόμενης γενιάς. Ευτυχώς, ένας αριθμός επιταχυντών και θερμοκοιτίδων είναι διαθέσιμοι για να βοηθήσουν τους καινοτόμους.
Εκτός από τα επτά λευκά κενά που συζητήθηκαν, οι συγγραφείς συνιστούν η βιομηχανία υλικών επόμενης γενιάς να αντλήσει μαθήματα από τη βιομηχανία εναλλακτικών πρωτεϊνών. Αυτό οφείλεται στις ομοιότητες των δύο βιομηχανιών ως προς τον σκοπό και την τεχνολογία. Για παράδειγμα, οι καινοτόμοι επόμενης γενιάς θα μπορούσαν να εξετάσουν την ανάπτυξη μυκηλίων (τεχνολογία βασισμένη σε μανιτάρια). Η βιομηχανία εναλλακτικών πρωτεϊνών χρησιμοποιεί ανάπτυξη μυκηλίων για ζύμωση τροφίμων και ακριβείας. Ωστόσο, λόγω της μοναδικής δομής και των ιδιοτήτων του μυκηλίου, είναι μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση στο δέρμα. Η βιομηχανία υλικών επόμενης γενιάς, όπως και η αντίστοιχη εναλλακτική πρωτεΐνη, πρέπει επίσης να επικεντρωθεί στη δημιουργία ζήτησης από τους καταναλωτές. Ένας τρόπος για να γίνει αυτό είναι μέσω δημοφιλών επωνυμιών μόδας που υιοθετούν υλικά χωρίς ζώα.
Συνολικά, η βιομηχανία υλικών επόμενης γενιάς είναι πολλά υποσχόμενη. Μια έρευνα έδειξε ότι το 94% των ερωτηθέντων ήταν ανοιχτό να τα αγοράσει. Οι συγγραφείς είναι αισιόδοξοι ότι οι πωλήσεις άμεσων αντικαταστάσεων επόμενης γενιάς για υλικά με βάση τα ζώα θα αυξηθούν έως και 80% ετησίως τα επόμενα πέντε χρόνια. Μόλις τα υλικά επόμενης γενιάς ταιριάζουν με την οικονομική προσιτότητα και την αποτελεσματικότητα των υλικών τρέχουσας γενιάς, η βιομηχανία μπορεί να πρωτοστατήσει στην προσπάθεια για ένα πιο βιώσιμο μέλλον.
ΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Αυτό το περιεχόμενο δημοσιεύθηκε αρχικά στο faunalytics.org και μπορεί να μην αντικατοπτρίζει απαραιτήτως τις απόψεις του Humane Foundation.
