Materiales sostenibles de próxima generación: oportunidades clave de crecimiento e información del mercado

Los análisis de espacios en blanco son informes detallados sobre los mercados existentes. Identifican el estado del mercado, incluidos los productos, servicios y tecnologías que existen, los que están teniendo éxito, los que tienen dificultades y las posibles brechas de mercado para la innovación y el emprendimiento futuros. Este análisis detallado de espacios en blanco de la industria de materiales alternativos animales de “próxima generación” se formó como seguimiento de un informe sobre el estado de la industria de junio de 2021 elaborado por la Iniciativa de Innovación de Materiales. MII es un grupo de expertos para la ciencia e innovación de materiales de próxima generación. En este informe, se asociaron con The Mills Fabrica, un conocido inversor en la industria de materiales de próxima generación.

Los materiales de próxima generación son sustitutos directos de los materiales convencionales de origen animal, como el cuero, la seda, la lana, las pieles y el plumón (o “materiales existentes”). Los innovadores utilizan la “biomímesis” para copiar la apariencia, el tacto y la eficacia de los productos animales que se reemplazan. Sin embargo, los materiales de próxima generación no son lo mismo que las alternativas animales de “generación actual”, como el poliéster, el acrílico y el cuero sintético elaborado a partir de petroquímicos como el poliuretano. Los materiales de próxima generación tienden a utilizar ingredientes “de base biológica”, no plástico, para minimizar su huella de carbono. Los materiales de origen biológico incluyen microbios, plantas y hongos. Si bien no todas las partes de la producción de materiales de próxima generación son enteramente de base biológica, la industria se esfuerza por lograr una innovación sostenible a través de tecnologías emergentes de química verde.

El análisis de espacios en blanco identifica siete oportunidades clave para la innovación en la industria de materiales de próxima generación.

1. Hay varios materiales de próxima generación con innovación limitada. Una cantidad desproporcionada (aproximadamente 2/3) de innovadores de la industria están involucrados en el cuero de próxima generación. Esto deja a la lana, la seda, el plumón, las pieles y las pieles exóticas de próxima generación con poca inversión y poca innovación, lo que brinda amplias oportunidades para el crecimiento futuro. En comparación con la industria del cuero, estos otros materiales de próxima generación darían como resultado un menor volumen de producción, pero tienen potencial para generar mayores ganancias por unidad.
2. El informe destaca los desafíos para hacer que los ecosistemas de próxima generación sean 100% sostenibles. Aunque la industria incorpora “materia prima” como desechos agrícolas y productos microbianos, la formulación de textiles de próxima generación a menudo todavía requiere petróleo y materiales peligrosos. De particular preocupación son el cloruro de polivinilo y otros polímeros a base de vinilo, que a menudo se encuentran en el cuero sintético. A pesar de su durabilidad, es uno de los plásticos más dañinos debido a su dependencia de combustibles fósiles, la liberación de compuestos peligrosos, el uso de plastificantes nocivos y su baja tasa de reciclaje. El poliuretano de base biológica ofrece una alternativa prometedora, pero aún está en desarrollo. Los autores sugieren que los innovadores e inversores deben desarrollar y comercializar versiones biodegradables y de base biológica de aglutinantes, recubrimientos, tintes, aditivos y agentes de acabado.
3. Alienta a los innovadores de próxima generación a crear fibras sintéticas 100% de origen biológico para contrarrestar el uso de poliéster. Actualmente, el poliéster representa el 55% de toda la materia prima textil producida anualmente. Debido a que se basa en petróleo, se considera el "enemigo público número uno" en la industria de la moda sostenible . El poliéster es un material complicado porque actualmente funciona como un reemplazo de “generación actual” para materiales como la seda y el plumón. Sin embargo, también supone un riesgo medioambiental, ya que puede liberar microfibras al medio ambiente. El informe aboga por mejoras sostenibles en las estrategias de la generación actual mediante el desarrollo de fibras de poliéster de origen biológico. Se están realizando innovaciones actuales para crear poliéster reciclable, pero los problemas de biodegradabilidad al final de su vida útil siguen siendo motivo de preocupación.
4. Los autores alientan a los inversores e innovadores a incorporar nuevas materias primas biológicas en materiales de próxima generación. En otras palabras, exigen nuevos descubrimientos y tecnologías en fibras naturales y semisintéticas (celulósicas). Las fibras vegetales como el algodón y el cáñamo representan aproximadamente el 30% de la producción mundial de fibras. Mientras tanto, los semisintéticos como el rayón representan aproximadamente el 6%. A pesar de provenir de plantas, estas fibras todavía causan preocupaciones sobre la sostenibilidad. El algodón, por ejemplo, utiliza el 2,5% de la tierra cultivable del mundo, pero el 10% de todos los productos químicos agrícolas. Los residuos agrícolas, como los residuos del arroz y la palma aceitera, ofrecen opciones viables para reciclarlos y convertirlos en fibras utilizables. Las algas, que son 400 veces más eficientes que los árboles para eliminar CO2 de la atmósfera, también tienen potencial como nueva fuente de bioalimentación.
5. El análisis exige una mayor versatilidad en las opciones al final de su vida útil de los productos de próxima generación. Según los autores, los proveedores, diseñadores y fabricantes de próxima generación tienen la responsabilidad de comprender cómo la selección de materiales afecta el destino de su producto. Hasta el 30% de la contaminación por microplásticos puede tener su origen en los textiles, que tienen diversos escenarios de final de vida. Pueden arrojarse a un vertedero, quemarse para obtener energía o desecharse en el medio ambiente. Opciones más prometedoras incluyen el re/reciclaje y la biodegradación. Los innovadores deberían trabajar hacia una “economía circular”, donde la producción, el uso y la eliminación de materiales estén en una relación recíproca, minimizando el desperdicio general. Además, los materiales deberían poder reciclarse o biodegradarse, minimizando la carga para el consumidor . Un actor potencial en esta área es el ácido poliláctico (PLA), un derivado del almidón fermentado, que actualmente se utiliza para fabricar plásticos degradables. Es posible que en el futuro estén disponibles prendas 100% PLA.
6. Los autores piden que los equipos de investigación y desarrollo (I+D) aumenten su experiencia en los principios básicos de la ciencia de los materiales. En particular, los investigadores y desarrolladores de próxima generación deben comprender las relaciones estructura-propiedad. Dominar esta relación permitirá a los equipos de I+D evaluar cómo las propiedades específicas del material influyen en el rendimiento de un material y cómo ajustar la composición, la estructura y el procesamiento del material para lograr el rendimiento deseado. Hacerlo puede ayudar a los equipos de I+D a pasar de un enfoque “de arriba hacia abajo” a un diseño de materiales que enfatice la apariencia de un producto novedoso. En cambio, la biomímesis puede funcionar como un enfoque "de abajo hacia arriba" para el diseño de materiales que considere la sostenibilidad y la durabilidad además de la estética de los materiales de próxima generación. Una opción es utilizar la síntesis de proteínas recombinantes: utilizar células animales cultivadas en laboratorio para hacer crecer la “piel” sin el propio animal. Por ejemplo, la “piel” cultivada en laboratorio podría procesarse y curtirse como cuero de origen animal.
7. Pide a los innovadores que aumenten el uso de la biotecnología, específicamente en el área de la ingeniería celular. Muchos materiales de próxima generación se basan en enfoques biotecnológicos, como el cuero cultivado en laboratorio elaborado a partir de células cultivadas antes mencionado. Los autores enfatizan que a medida que la biotecnología avanza en la creación de materiales de próxima generación, los innovadores deben tener en cuenta cinco consideraciones de proceso: el organismo de producción elegido, la forma de suministrar nutrientes al organismo, cómo mantener las células "felices" para un crecimiento máximo, cómo cosechar/convertir en el producto deseado y ampliar. La ampliación de escala, o la capacidad de suministrar un gran volumen de un producto a un costo razonable, es clave para predecir el éxito comercial de un material de próxima generación. Hacerlo puede resultar difícil y costoso en espacios de próxima generación. Afortunadamente, existen varias aceleradoras e incubadoras disponibles para ayudar a los innovadores.

Además de los siete espacios en blanco discutidos, los autores recomiendan que la industria de materiales de próxima generación aprenda lecciones de la industria de proteínas alternativas. Esto se debe a las similitudes de propósito y tecnología de las dos industrias. Por ejemplo, los innovadores de próxima generación podrían estudiar el crecimiento de micelios (tecnología basada en hongos). La industria de las proteínas alternativas utiliza el crecimiento micelial para alimentos y fermentación de precisión. Sin embargo, debido a la estructura y propiedades únicas del micelio, es una alternativa prometedora al cuero. La industria de materiales de próxima generación, al igual que su contraparte de proteínas alternativas, también debe centrarse en crear demanda de los consumidores. Una forma de hacerlo es a través de marcas de moda populares que adopten materiales libres de animales.

En general, la industria de materiales de próxima generación es prometedora. Una encuesta mostró que el 94% de los encuestados estaban abiertos a comprarlos. Los autores son optimistas en cuanto a que las ventas de sustitutos directos de próxima generación de materiales de origen animal aumentarán hasta un 80% anual durante los próximos cinco años. Una vez que los materiales de próxima generación igualen la asequibilidad y la eficacia de los materiales de la generación actual, la industria podrá encabezar el avance hacia un futuro más sostenible.