مواد پایدار نسل بعدی: فرصت های کلیدی رشد و بینش بازار

تجزیه و تحلیل فضای سفید گزارش های دقیق در مورد بازارهای موجود است. آن‌ها وضعیت بازار را شناسایی می‌کنند، از جمله اینکه چه محصولات، خدمات و فناوری‌هایی وجود دارند، کدام‌ها موفق هستند، کدام‌ها با مشکل مواجه هستند و شکاف‌های بالقوه بازار برای نوآوری و کارآفرینی آینده. این تجزیه و تحلیل دقیق فضای سفید از صنعت مواد جایگزین حیوانی "نسل بعدی" در ادامه گزارش وضعیت صنعت ژوئن 2021 توسط ابتکار نوآوری مواد شکل گرفت. MII یک اتاق فکر برای علم مواد و نوآوری نسل بعدی است. در این گزارش، آنها با The Mills Fabrica، یک سرمایه گذار شناخته شده در صنعت مواد نسل بعدی، شریک شدند.

مواد نسل بعدی جایگزین مستقیمی برای مواد معمولی مبتنی بر حیوانات مانند چرم، ابریشم، پشم، خز، و کرک (یا "مواد فعلی") هستند. نوآوران از "بیومیمیکری" برای کپی کردن ظاهر، احساس و اثربخشی محصولات حیوانی در حال جایگزینی استفاده می کنند. با این حال، مواد نسل بعدی با جایگزین های حیوانی "جنسی" مانند پلی استر، اکریلیک و چرم مصنوعی ساخته شده از مواد پتروشیمی مانند پلی اورتان یکسان نیستند. مواد نسل بعدی تمایل دارند از مواد مبتنی بر زیستی - نه پلاستیک - استفاده کنند تا ردپای کربن خود را به حداقل برسانند. مواد مبتنی بر زیست شامل میکروب ها، گیاهان و قارچ ها هستند. در حالی که همه بخش‌های تولید مواد نسل بعدی کاملاً مبتنی بر زیست‌محور نیستند، این صنعت در حال تلاش برای نوآوری پایدار از طریق فناوری‌های نوظهور شیمی سبز است.

تجزیه و تحلیل فضای سفید هفت فرصت کلیدی برای نوآوری در صنعت مواد نسل بعدی را شناسایی می کند.

1. چندین ماده نسل بعدی با نوآوری محدود وجود دارد. مقدار نامتناسبی (تقریباً 2/3) از نوآوران در صنعت در تولید چرم نسل بعدی شرکت دارند. این باعث می شود پشم، ابریشم، پوست، خز، و پوست های عجیب و غریب نسل بعدی سرمایه گذاری و نوآوری کمتری داشته باشند و فرصت های فراوانی برای رشد آینده فراهم کند. در مقایسه با صنعت چرم، این مواد نسل بعدی دیگر منجر به حجم کمتری از تولید می‌شوند، اما پتانسیل سود بیشتری در هر واحد دارند.
2. این گزارش چالش‌هایی را در ایجاد اکوسیستم‌های نسل بعدی 100٪ پایدار نشان می‌دهد. اگرچه این صنعت از مواد اولیه مانند ضایعات کشاورزی و محصولات میکروبی استفاده می کند، اما فرمولاسیون منسوجات نسل بعدی اغلب به نفت و مواد خطرناک نیاز دارد. نگرانی ویژه پلی وینیل کلراید و سایر پلیمرهای مبتنی بر وینیل است که اغلب در چرم مصنوعی یافت می شود. علیرغم دوام آن، به دلیل اتکا به سوخت های فسیلی، انتشار ترکیبات خطرناک، استفاده از نرم کننده های مضر و سرعت بازیافت پایین، یکی از آسیب رسان ترین پلاستیک ها است. پلی اورتان مبتنی بر زیست جایگزین امیدوارکننده ای ارائه می دهد، اما هنوز در حال توسعه است. نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که مبتکران و سرمایه‌گذاران باید نسخه‌های زیست‌تخریب‌پذیر بایندرها، پوشش‌ها، رنگ‌ها، افزودنی‌ها و عوامل تکمیلی را توسعه داده و تجاری کنند.
3. آنها نوآوران نسل بعدی را تشویق می کنند تا الیاف مصنوعی 100٪ مبتنی بر زیست را برای مقابله با استفاده از پلی استر ایجاد کنند. در حال حاضر، پلی استر 55 درصد از کل مواد خام نساجی تولید شده سالانه را تشکیل می دهد. از آنجا که مبتنی بر نفت است، در صنعت مد پایدار . پلی استر یک ماده پیچیده است زیرا در حال حاضر به عنوان جایگزینی برای موادی مانند ابریشم و کرک عمل می کند. با این حال، این یک خطر زیست محیطی نیز است، زیرا می تواند میکروالیاف را در محیط آزاد کند. این گزارش از بهبود پایدار در استراتژی‌های نسل فعلی از طریق توسعه الیاف پلی استر مبتنی بر زیست حمایت می‌کند. نوآوری های فعلی برای ایجاد پلی استر قابل بازیافت در حال انجام است، اما مسائل مربوط به تجزیه زیستی پایان عمر همچنان یک نگرانی است.
4. نویسندگان سرمایه‌گذاران و نوآوران را تشویق می‌کنند تا مواد خوراکی زیستی جدید را در مواد نسل بعدی بگنجانند. به عبارت دیگر، آنها خواستار اکتشافات و فناوری های جدید در الیاف طبیعی و نیمه مصنوعی (سلولزی) هستند. الیاف گیاهی مانند پنبه و کنف 30 درصد از تولید جهانی الیاف را تشکیل می دهند. در همین حال، نیمه مصنوعی مانند ابریشم مصنوعی حدود 6٪ را تشکیل می دهد. علیرغم اینکه این الیاف از گیاهان گرفته می شوند، هنوز نگرانی هایی را برای پایداری ایجاد می کنند. به عنوان مثال، پنبه از 2.5 درصد از زمین های قابل کشت جهان و در عین حال 10 درصد از کل مواد شیمیایی کشاورزی استفاده می کند. بقایای کشاورزی، مانند بقایای برنج و روغن نخل، گزینه های مناسبی را برای تبدیل به الیاف قابل استفاده ارائه می دهند. جلبک ها که 400 برابر درختان در حذف CO2 از جو کارآمدتر هستند، همچنین به عنوان منبع جدیدی از مواد غذایی زیستی پتانسیل دارند.
5. این تحلیل خواستار افزایش تطبیق پذیری در گزینه های پایان عمر محصولات نسل بعدی است. به گفته نویسندگان، تامین کنندگان، طراحان و تولیدکنندگان نسل بعدی مسئولیت درک چگونگی تاثیر انتخاب مواد بر سرنوشت محصولشان را دارند. تا 30 درصد از آلودگی میکروپلاستیک ممکن است منشا منسوجات باشد، که سناریوهای پایان عمر مختلفی دارند. آنها ممکن است در محل دفن زباله ریخته شوند، برای انرژی سوزانده شوند یا در محیط دور ریخته شوند. گزینه‌های امیدوارکننده‌تر عبارتند از: چرخه مجدد و تجزیه زیستی. نوآوران باید به سمت یک "اقتصاد دایره ای" کار کنند، جایی که تولید، استفاده و دفع مواد در یک رابطه متقابل است و ضایعات کلی را به حداقل می رساند. بازیافت یا را داشته باشند و بار مصرف کننده را به حداقل برسانند . یک بازیگر بالقوه در این زمینه پلی لاکتیک اسید (PLA)، یک مشتق نشاسته تخمیر شده است که در حال حاضر برای ساخت پلاستیک های تجزیه پذیر استفاده می شود. لباس های 100% PLA ممکن است در آینده در دسترس باشند.
6. نویسندگان از تیم‌های تحقیق و توسعه (R&D) خواستند تا تخصص خود را در اصول اصلی علم مواد افزایش دهند. به طور خاص، محققان و توسعه دهندگان نسل بعدی باید روابط ساختار و ویژگی را درک کنند. تسلط بر این رابطه به تیم‌های تحقیق و توسعه اجازه می‌دهد تا نحوه عملکرد مواد خاص و نحوه تنظیم دقیق ترکیب، ساختار و پردازش مواد برای دستیابی به عملکرد مطلوب را بسنجند. انجام این کار می‌تواند به تیم‌های تحقیق و توسعه کمک کند تا از یک رویکرد «بالا به پایین» به سمت طراحی مواد که بر ظاهر و احساس یک محصول جدید تأکید دارد، حرکت کنند. در عوض، بیومیمیکری می‌تواند به عنوان یک رویکرد «از پایین به بالا» برای طراحی مواد عمل کند که علاوه بر زیبایی‌شناسی مواد نسل بعدی، پایداری و دوام را نیز در نظر می‌گیرد. یکی از گزینه ها استفاده از سنتز پروتئین نوترکیب است – استفاده از سلول های حیوانی رشد یافته در آزمایشگاه برای رشد پوست بدون خود حیوان. به عنوان مثال، پوست پرورش یافته در آزمایشگاه می تواند مانند چرم حیوانی پردازش و دباغی شود.
7. این برنامه از نوآوران می خواهد که استفاده خود از بیوتکنولوژی را، به ویژه در حوزه مهندسی سلولی، افزایش دهند. بسیاری از مواد نسل بعدی به رویکردهای بیوتکنولوژیکی متکی هستند، مانند چرم آزمایشگاهی فوق الذکر ساخته شده از سلول های کشت شده. نویسندگان تاکید می‌کنند که با پیشرفت بیوتکنولوژی در تولید مواد نسل بعدی، نوآوران باید به پنج ملاحظات فرآیندی توجه داشته باشند: ارگانیسم تولیدی انتخاب شده، روش تامین مواد مغذی به ارگانیسم، نحوه شاد نگه داشتن سلول‌ها برای رشد حداکثر، نحوه برداشت/تبدیل به محصول مورد نظر و افزایش مقیاس. افزایش مقیاس یا توانایی عرضه حجم زیادی از یک محصول با هزینه معقول، کلید پیش بینی موفقیت تجاری مواد نسل بعدی است. انجام این کار در فضاهای نسل بعدی می تواند دشوار و پرهزینه باشد. خوشبختانه تعدادی شتاب دهنده و انکوباتور برای کمک به نوآوران در دسترس هستند.

علاوه بر هفت فضای سفید مورد بحث، نویسندگان توصیه می کنند که صنعت مواد نسل بعدی از صنعت پروتئین جایگزین درس هایی بیاموزد. این به دلیل شباهت این دو صنعت در هدف و فناوری است. به عنوان مثال، نوآوران نسل بعدی می توانند رشد میسلیوم (فناوری مبتنی بر قارچ) را بررسی کنند. صنعت پروتئین جایگزین از رشد میسلیوم برای تخمیر دقیق غذا و تخمیر استفاده می کند. با این حال، به دلیل ساختار و خواص منحصر به فرد میسلیوم، جایگزینی امیدوارکننده برای چرم است. صنعت مواد نسل بعدی، مانند همتای پروتئین جایگزین خود، باید بر ایجاد تقاضای مصرف کننده تمرکز کند. یکی از راه‌های انجام این کار، استفاده از برندهای مد محبوب از مواد بدون حیوانات است.

به طور کلی، صنعت مواد نسل بعدی امیدوارکننده است. یک نظرسنجی نشان داد که 94٪ از پاسخ دهندگان برای خرید آنها آماده بودند. نویسندگان خوشبین هستند که فروش جایگزین های مستقیم نسل بعدی برای مواد حیوانی تا 80 درصد سالانه در پنج سال آینده افزایش یابد. هنگامی که مواد نسل بعدی با مقرون به صرفه بودن و اثربخشی مواد نسل فعلی مطابقت داشته باشند، این صنعت می تواند حرکت به سمت آینده ای پایدارتر را هدایت کند.