Ajastul, mil jätkusuutlikkus ei ole enam luksus, vaid vajadus, toimub materjalitööstus ümberkujundavat nihet keskkonnasõbralike uuenduste suunas. Materjalide innovatsiooni algatuse (MII) ja The Mills Fabrica uusim tühja ruumi analüüs süveneb järgmise põlvkonna materjalide kasvavasse valdkonda, tuues esile nii võidukäike kui ka väljakutseid, mis seda dünaamilist sektorit määratlevad. Nende uue põlvkonna materjalide eesmärk on asendada tavapärased loomapõhised tooted, nagu nahk, siid, vill, karusnahk ja udusulgi jätkusuutlike alternatiividega, mis jäljendavad nende välimust, tunnet ja funktsionaalsust. Erinevalt traditsioonilistest sünteetilistest asendusainetest, mis on valmistatud naftakeemiast, kasutavad järgmise põlvkonna materjalid biopõhiseid koostisosi, nagu mikroobid, taimed ja seened, püüdes minimeerida nende süsiniku jalajälge ja keskkonnamõju.
Aruandes tuuakse välja seitse peamist kasvu- ja innovatsioonivõimalust järgmise põlvkonna materjalitööstuses. See rõhutab vajadust mitmekesistamise järele peale järgmise põlvkonna naha, mis praegu domineerib turul, jättes muud materjalid, nagu vill, siid ja udusuled, alauurimata. Lisaks juhib analüüs tähelepanu kriitilisele vajadusele täielikult jätkusuutlike ökosüsteemide järele, kutsudes üles töötama välja biopõhiseid, biolagunevaid sideaineid, katteid ja lisaaineid, et asendada kahjulikud naftakeemia derivaadid. Üleskutse kasutada 100% biopõhiseid sünteetilisi kiude, et neutraliseerida polüestri keskkonnaohtusid, rõhutab veelgi tööstuse pühendumust jätkusuutlikkusele.
Lisaks pooldatakse aruandes uute biotooraineallikate, nagu põllumajandusjäägid ja vetikad, kaasamist säästvamate kiudude loomiseks. Samuti tõstab see esile mitmekülgsete kasutusea lõpetamise võimaluste tähtsust järgmise põlvkonna toodetele, edendades ringmajandust, kus materjale saab ringlusse võtta või biolagundada minimaalse keskkonnamõjuga. Analüüs rõhutab vajadust, et uurimis- ja arendusmeeskonnad süvendaksid oma teadmisi materjaliteaduse vallas, eriti struktuuri ja omaduste suhete mõistmisel, et suurendada järgmise põlvkonna materjalide jõudlust ja jätkusuutlikkust. see nõuab biotehnoloogiliste lähenemisviiside, näiteks rakutehnoloogia laiendamist, et edendada laboris kasvatatud materjalide väljatöötamist.
Kuna järgmise põlvkonna materjalitööstus areneb edasi, on see tühikute analüüs uuendajatele ja investoritele oluliseks teekaardiks, suunates neid jätkusuutlike ja tulusate ettevõtmiste poole, mille eesmärk on materjalimaastiku revolutsiooniline muutmine.
Kokkuvõte Autor: Dr. S. Marek Muller | Alguuring: materjaliuuenduse algatus. (2021) | Avaldatud: 12. juulil 2024
Valge ruumi analüüs tuvastas "järgmise põlvkonna" materjalitööstuse praegused õnnestumised, raskused ja võimalused.
Valge ruumi analüüsid on üksikasjalikud aruanded olemasolevate turgude kohta. Nad määravad kindlaks turu olukorra, sealhulgas olemasolevad tooted, teenused ja tehnoloogiad, mis on edukad, millised on raskustes ning potentsiaalsed turulüngad tulevase innovatsiooni ja ettevõtluse jaoks. See "järgmise põlvkonna" loomade alternatiivsete materjalide tööstuse üksikasjalik tühi analüüs koostati materjaliinnovatsiooni algatuse 2021. aasta juuni aruande järelmeetmena MII on uue põlvkonna materjaliteaduse ja innovatsiooni mõttekoda. Selles aruandes tegid nad koostööd The Mills Fabricaga, kes on tuntud investor järgmise põlvkonna materjalitööstuses.
Järgmise põlvkonna materjalid on otsesed asendused tavalistele loomsetele materjalidele, nagu nahk, siid, vill, karusnahk ja udusuled (või "tavalised materjalid"). Uuendajad kasutavad asendatavate loomsete saaduste välimuse, tunnetuse ja tõhususe kopeerimiseks "biomimikri". Kuid järgmise põlvkonna materjalid ei ole samad, mis "praeguse põlvkonna" loomade alternatiivid, nagu polüester, akrüül ja sünteetiline nahk, mis on valmistatud naftakeemiatoodetest nagu polüuretaan. Järgmise põlvkonna materjalides kasutatakse tavaliselt "biopõhiseid" koostisosi, mitte plastikut, et minimeerida nende süsiniku jalajälge. Biopõhiste materjalide hulka kuuluvad mikroobid, taimed ja seened. Kuigi mitte kõik järgmise põlvkonna materjalide tootmise osad ei ole täielikult biopõhised, püüdleb tööstus jätkusuutliku innovatsiooni poole uute rohelise keemia tehnoloogiate kaudu.
Valge ruumi analüüs tuvastab seitse peamist innovatsioonivõimalust järgmise põlvkonna materjalitööstuses.
- On mitmeid piiratud uuendustega järgmise põlvkonna materjale. Ebaproportsionaalselt palju (umbes 2/3) tööstuse uuendajatest on seotud järgmise põlvkonna nahaga. See jätab järgmise põlvkonna villa, siidi, udusulgede, karusnaha ja eksootilised nahad alainvesteeritud ja alainnovatsiooni, pakkudes rohkelt võimalusi edaspidiseks kasvuks. Võrreldes nahatööstusega tooksid need muud järgmise põlvkonna materjalid väiksema tootmismahu, kuid neil on potentsiaali saada suurem kasum ühiku kohta.
- Aruandes tuuakse esile väljakutsed järgmise põlvkonna ökosüsteemide 100% jätkusuutlikuks muutmisel. Kuigi tööstuses kasutatakse lähteainet, nagu põllumajandusjäätmed ja mikroobsed tooted, on järgmise põlvkonna tekstiilide valmistamiseks sageli vaja naftat ja ohtlikke materjale. Eriti murettekitavad on polüvinüülkloriid ja muud vinüülipõhised polümeerid, mida sageli leidub sünteetilises nahas. Vaatamata oma vastupidavusele on see fossiilkütustest sõltuvuse, ohtlike ühendite eraldumise, kahjulike plastifikaatorite kasutamise ja madala ringlussevõtu määra tõttu üks kahjustavamaid plastmassi. Biopõhine polüuretaan pakub paljutõotavat alternatiivi, kuid on alles väljatöötamisel. Autorid viitavad sellele, et uuendajad ja investorid peavad välja töötama ja turustama sideainete, kattekihtide, värvainete, lisandite ja viimistlusainete biopõhiseid biolagunevaid versioone.
- Nad julgustavad järgmise põlvkonna uuendajaid looma 100% biopõhiseid sünteetilisi kiude, et võidelda polüestri kasutamise vastu. Praegu moodustab polüester 55% kogu aastas toodetavast tekstiilitoormest. Kuna see on naftapõhine, peetakse seda säästvas moetööstuses avalikkuse vaenlaseks number üks . Polüester on keeruline materjal, kuna see asendab praegu selliseid materjale nagu siid ja udusulg. Samas on see ka keskkonnarisk, kuna võib keskkonda paisata mikrokiude. Aruandes toetatakse praeguste strateegiate jätkusuutlikku täiustamist biopõhiste polüesterkiudude väljatöötamise kaudu. Praegused uuendused on töös ringlussevõetava polüestri loomiseks, kuid eluea lõpu biolagunevuse probleemid on endiselt muret tekitavad.
- Autorid julgustavad investoreid ja uuendajaid lisama uut biotoorainet järgmise põlvkonna materjalidesse. Teisisõnu nõuavad nad uusi avastusi ja tehnoloogiaid looduslike ja poolsünteetiliste (tselluloosi) kiudude vallas. Taimsed kiud nagu puuvill ja kanep moodustavad ~30% ülemaailmsest kiutoodangust. Samal ajal moodustavad poolsünteetilised materjalid, nagu rayon, ~6%. Hoolimata sellest, et need kiud on saadud taimedest, põhjustavad need siiski jätkusuutlikkuse probleeme. Näiteks puuvill kasutab 2,5% maailma põllumaast, kuid 10% kõigist põllumajanduskemikaalidest. Põllumajandusjäägid, nagu riisi ja õlipalmi jäägid, pakuvad elujõulisi võimalusi kasutatavateks kiududeks ümbertöötlemiseks. Vetikatel, mis eemaldavad atmosfäärist CO2 400 korda tõhusamalt kui puud, on potentsiaali ka uue biotooraine allikana.
- Analüüs nõuab suuremat mitmekülgsust järgmise põlvkonna toodete kasutusea lõppu. Autorite sõnul on järgmise põlvkonna tarnijatel, disaineritel ja tootjatel kohustus mõista, kuidas materjalide valik mõjutab nende toote saatust. Kuni 30% mikroplastireostusest võib pärineda tekstiilidest, millel on mitmesugused kasutusea lõppemise stsenaariumid. Need võidakse visata prügilasse, põletada energia saamiseks või visata keskkonda. Paljutõotavamad võimalused hõlmavad taaskasutust ja biolagunemist. Uuendajad peaksid töötama "ringmajanduse" suunas, kus materjalide tootmine, kasutamine ja kõrvaldamine on vastastikuses seoses, minimeerides üldist raiskamist. Lisaks peaks materjale olema võimalik kas ringlusse võtta või biolagundada, mis vähendab tarbijate koormust. Potentsiaalne mängija selles valdkonnas on polüpiimhape (PLA), fermenteeritud tärklise derivaat, mida praegu kasutatakse lagunevate plastide valmistamiseks. Tulevikus võivad saadaval olla 100% PLA rõivad.
- Autorid kutsuvad teadus- ja arendustegevuse (R&D) meeskondi üles suurendama oma teadmisi materjaliteaduse põhiprintsiipide alal. Eelkõige peavad järgmise põlvkonna teadlased ja arendajad mõistma struktuuri ja vara suhteid. Selle suhte valdamine võimaldab uurimis- ja arendusmeeskondadel hinnata, kuidas konkreetsed materjaliomadused mõjutavad materjali jõudlust ja kuidas täpsustada materjali koostist, struktuuri ja töötlemist, et saavutada soovitud jõudlust. See võib aidata uurimis- ja arendusmeeskondadel liikuda ülalt-alla lähenemisviisilt materjalide disainile, mis rõhutab uudse toote välimust ja tunnet. Selle asemel võib biomimikri toimida materjalide kujundamisel "alt-üles" lähenemisviisina, mis arvestab lisaks järgmise põlvkonna materjalide esteetikale ka jätkusuutlikkust ja vastupidavust. Üks võimalus on kasutada rekombinantset valgusünteesi – laboris kasvatatud loomarakkude abil “naha” kasvatamiseks ilma looma endata. Näiteks laboris kasvatatud "nahka" saab töödelda ja parkida nagu loomset nahka.
- See kutsub uuendajaid üles suurendama oma biotehnoloogia kasutamist, eriti rakutehnoloogia valdkonnas. Paljud järgmise põlvkonna materjalid tuginevad biotehnoloogilistele lähenemisviisidele, näiteks ülalmainitud kultiveeritud rakkudest valmistatud laboris kasvatatud nahale. Autorid rõhutavad, et kui biotehnoloogia areneb järgmise põlvkonna materjali loomisel, peaksid innovaatorid meeles pidama viit protsessiga seotud kaalutlust: valitud tootmisorganism, viis organismi toitainetega varustamiseks, kuidas hoida rakud maksimaalse kasvu jaoks "õnnelikuna", kuidas koristada/muuta soovitud tooteks ja suurendada selle ulatust. Suurendamine või võimalus tarnida suurt kogust toodet mõistlike kuludega on järgmise põlvkonna materjali ärilise edu ennustamise võti. Järgmise põlvkonna ruumides võib see olla keeruline ja kulukas. Õnneks on uuendajate abistamiseks saadaval mitmed kiirendid ja inkubaatorid.
Lisaks seitsmele arutatud tühikule soovitavad autorid järgmise põlvkonna materjalitööstusel õppida alternatiivsest valgutööstusest. Selle põhjuseks on kahe tööstusharu eesmärgi ja tehnoloogia sarnasused. Näiteks võiksid järgmise põlvkonna uuendajad uurida mütseeli kasvu (seenepõhine tehnoloogia). Alternatiivne valgutööstus kasutab mütseeli kasvu toiduks ja täppiskääritamiseks. Kuid seeneniidistiku ainulaadse struktuuri ja omaduste tõttu on see paljulubav alternatiiv nahale. Järgmise põlvkonna materjalitööstus, nagu selle alternatiivne valguvastane, peab samuti keskenduma tarbijate nõudluse loomisele. Üks võimalus seda teha on populaarsete moebrändide kaudu, mis kasutavad loomavabu materjale.
Üldiselt on järgmise põlvkonna materjalitööstus paljulubav. Üks uuring näitas, et 94% vastanutest olid valmis neid ostma. Autorid on optimistlikud, et loomsete materjalide järgmise põlvkonna otseasenduste müük kasvab järgmise viie aasta jooksul igal aastal kuni 80%. Kui järgmise põlvkonna materjalid vastavad praeguse põlvkonna materjalide taskukohasusele ja tõhususele, võib tööstus olla jätkusuutlikuma tuleviku suunas liikumas.
Teade: see sisu avaldati algselt saidil fanalytics.org ja see ei pruugi tingimata kajastada Humane Foundationseisukohti.
