Seuraavan sukupolven kestävät materiaalit: Tärkeimmät kasvumahdollisuudet ja markkinoiden oivallukset

Valkoisen avaruuden analyysit ovat yksityiskohtaisia ​​raportteja olemassa olevista markkinoista. He tunnistavat markkinoiden tilan, mukaan lukien mitä tuotteita, palveluita ja tekniikoita on, jotka ovat menestyviä, jotka kamppailevat, ja mahdolliset markkinaerot tulevaa innovaatiota ja yrittäjyyttä varten. Materials Innovation Initiative -yrityksen kesäkuun 2021 alan raportin seurannaksi Mii on ajatussäiliö seuraavan sukupolven materiaalitieteelle ja innovaatioille. Tässä raportissa he tekivät yhteistyötä seuraavan sukupolven materiaaliteollisuuden tunnettujen sijoittajien Mills Fabrican kanssa.

Seuraavan sukupolven materiaalit ovat suoria korvauksia tavanomaisille eläinpohjaisille materiaaleille, kuten nahka, silkki, villa, turkki ja alas (tai ”vakiintuneet materiaalit”). Innovaattorit käyttävät ”biomimicria” korvattujen eläintuotteiden ulkoasun, tunteen ja tehokkuuden kopioimiseksi. kuitenkaan ole samoja kuin "nykyisen sukupolven" eläinvaihtoehdot, kuten polyesteri, akryyli ja synteettinen nahka, joka on valmistettu petrokemikaaleista, kuten polyuretaanista. Seuraavan sukupolven materiaalit käyttävät yleensä ”biopohjaisia” ainesosia-ei muovia-niiden hiilijalanjäljen minimoimiseksi. Biopohjaisia ​​materiaaleja ovat mikrobit, kasvit ja sienet. Vaikka kaikki seuraavan sukupolven materiaalituotannon osat eivät ole täysin biopohjaisia, teollisuus pyrkii kestävään innovaatioon kehittyvien vihreiden kemian tekniikoiden avulla.

White space -analyysi tunnistaa seitsemän avainta innovaatiomahdollisuutta seuraavan sukupolven materiaaliteollisuudessa.

1. On olemassa useita seuraavan sukupolven materiaaleja, joilla on rajoitettu innovaatio. Suhteeton määrä (noin 2/3) alan innovaatioista on mukana seuraavan sukupolven nahassa. Tämä jättää seuraavan sukupolven villaa, silkkiä, alas, turkista ja eksoottisia nahkoja, jotka ovat aliarvioituja ja vajaakäyttöisiä, tarjoamalla runsaasti mahdollisuuksia tulevalle kasvulle. Nahkateollisuuteen verrattuna nämä muut seuraavan sukupolven materiaalit johtaisivat pienempaan tuotantomäärään, mutta niillä on potentiaalia korkeampaan voittoon yksikköä kohti.
2. Raportti korostaa haasteita, jotka liittyvät seuraavan sukupolven ekosysteemien tekemiseen 100-prosenttisesti kestäviksi. Vaikka teollisuudessa käytetään "raaka-aineita", kuten maatalousjätteitä ja mikrobituotteita, seuraavan sukupolven tekstiilien formulointi vaatii usein edelleen öljyä ja vaarallisia materiaaleja. Erityisen huolestuttavia ovat polyvinyylikloridi ja muut vinyylipohjaiset polymeerit, joita löytyy usein synteettisestä nahasta. Kestävyydestään huolimatta se on yksi haitallisimmista muoveista johtuen riippuvuudestaan ​​fossiilisista polttoaineista, vaarallisten yhdisteiden vapautumisesta, haitallisten pehmittimien käytöstä ja alhaisesta kierrätysasteesta. Biopohjainen polyuretaani tarjoaa lupaavan vaihtoehdon, mutta sitä kehitetään edelleen. Kirjoittajat ehdottavat, että keksijöiden ja sijoittajien on kehitettävä ja kaupallistatava biopohjaisia, biohajoavia versioita sideaineista, pinnoitteista, väriaineista, lisäaineista ja viimeistelyaineista.
3. Ne rohkaisevat seuraavan sukupolven innovaatioita luomaan 100% biopohjaisia ​​synteettisiä kuituja polyesterin käytön torjumiseksi. Polyesterin osuus on tällä hetkellä 55% kaikista vuosittain tuotetuista tekstiiliraaka -aineista. Koska se on öljypohjainen, sitä pidetään kestävän muotiteollisuuden . Polyesteri on monimutkainen materiaali siinä mielessä, että se toimii tällä hetkellä ”nykyisen sukupolven” korvauksena materiaaleille, kuten silkille ja alaspäin. Se on kuitenkin myös ympäristöriski, koska se voi vapauttaa mikrokuituja ympäristöön. Raportissa kannattaa nykyisen sukupolven strategioiden kestäviä parannuksia kehittämällä biopohjaisia ​​polyesterikuituja. Nykyisiä innovaatioita on prosessissa luoda kierrätettävä polyesteri, mutta elämän lopun biohajottavuusongelmat ovat edelleen huolenaiheita.
4. Kirjoittajat rohkaisevat sijoittajia ja innovaattoreita sisällyttämään uusia bioraaka-aineita seuraavan sukupolven materiaaleihin. Toisin sanoen ne vaativat uusia löytöjä ja teknologioita luonnon- ja puolisynteettisten (selluloosa)kuitujen alalla. Kasvikuidut, kuten puuvilla ja hamppu, muodostavat noin 30 % maailmanlaajuisesta kuidun tuotannosta. Samaan aikaan puolisynteettiset aineet, kuten viskoosi, muodostavat ~6%. Vaikka nämä kuidut saadaan kasveista, ne aiheuttavat silti kestävyysongelmia. Esimerkiksi puuvilla käyttää 2,5 % maailman peltoalasta, mutta 10 % kaikista maatalouskemikaaleista. Maatalousjätteet, kuten riisin ja öljypalmun jäännökset, tarjoavat varteenotettavan vaihtoehdon kierrättämiseksi käyttökelpoisiksi kuiduiksi. Levät, jotka poistavat hiilidioksidia ilmakehästä 400 kertaa tehokkaammin kuin puita, tarjoavat potentiaalia myös uutena bioraaka-aineen lähteenä.
5. Analyysi vaatii lisää monipuolisuutta seuraavan sukupolven tuotteiden käyttöiän päättymisvaihtoehtoihin. Kirjoittajien mukaan seuraavan sukupolven toimittajilla, suunnittelijoilla ja valmistajilla on velvollisuus ymmärtää, miten materiaalivalinta vaikuttaa tuotteensa kohtaloon. Jopa 30 % mikromuovisaasteesta voi olla peräisin tekstiileistä, joilla on erilaisia ​​käyttöiän päättymisskenaarioita. Ne voidaan upottaa kaatopaikalle, polttaa energiaksi tai hävittää ympäristöön. Lupaavampia vaihtoehtoja ovat uudelleen/uudelleenkierrätys ja biohajoaminen. Innovaattoreiden tulisi pyrkiä kohti "kiertotaloutta", jossa materiaalin tuotanto, käyttö ja hävittäminen ovat vastavuoroisessa suhteessa, mikä minimoi kokonaisjätteen. Lisäksi materiaalien tulee olla joko kierrätettäviä tai biohajoavia, mikä minimoi kuluttajien taakan. Potentiaalinen toimija tällä alueella on polymaitohappo (PLA), fermentoitu tärkkelysjohdannainen, jota käytetään tällä hetkellä hajoavien muovien valmistukseen. 100 % PLA-vaatteita saattaa olla saatavilla tulevaisuudessa.
6. Kirjoittajat kutsuvat tutkimus- ja kehitystyöryhmiä lisäämään asiantuntemusta materiaalitieteen ydinperiaatteissa. Erityisesti seuraavan sukupolven tutkijoiden ja kehittäjien on ymmärrettävä rakenne-ominaisuussuhteet. Tämän suhteen hallitseminen antaa T&K-tiimille mahdollisuuden arvioida, kuinka tietyt materiaalin ominaisuudet vaikuttavat materiaalin suorituskykyyn ja kuinka hienosäätää materiaalin koostumusta, rakennetta ja käsittelyä halutun suorituskyvyn saavuttamiseksi. Tämä voi auttaa T&K-ryhmiä siirtymään "ylhäältä alas" -lähestymistavasta materiaalisuunnitteluun, joka korostaa uuden tuotteen ulkonäköä ja tuntumaa. Sen sijaan biomimikri voi toimia "alhaalta ylös" -lähestymistavana materiaalisuunnittelussa, jossa huomioidaan kestävyys ja kestävyys seuraavan sukupolven materiaalien estetiikan lisäksi. Yksi vaihtoehto on käyttää rekombinanttiproteiinisynteesiä – laboratoriossa kasvatettuja eläinsoluja kasvattamaan ”ihoa” ilman itse eläintä. Esimerkiksi laboratoriossa kasvatettua "nahkaa" voitaisiin käsitellä ja parkida kuin eläinperäistä nahkaa.
7. Se kehottaa innovoijia lisäämään biotekniikan käyttöä erityisesti solutekniikan alalla. Monet seuraavan sukupolven materiaalit perustuvat bioteknologisiin lähestymistapoihin, kuten edellä mainittu laboratoriossa kasvatettu nahka, joka on valmistettu viljellyistä soluista. Kirjoittajat korostavat, että kun biotekniikka edistyy seuraavan sukupolven materiaalin luomisessa, innovaattorien tulee ottaa huomioon viisi prosessinäkökohtaa: valittu tuotantoorganismi, tapa toimittaa ravinteita eliölle, kuinka pitää solut "tyytyväisinä" maksimaaliseen kasvuun, miten sadonkorjuu/muuntaa halutuksi tuotteeksi ja skaalata. Laajennus tai kyky toimittaa suuri määrä tuotetta kohtuullisin kustannuksin on avain seuraavan sukupolven materiaalin kaupallisen menestyksen ennustamiseen. Se voi olla vaikeaa ja kallista seuraavan sukupolven tiloissa. Onneksi innovaattoreiden avuksi on saatavilla useita kiihdyttimiä ja inkubaattoreita.

Käsiteltyjen seitsemän välilyönnin lisäksi kirjoittajat suosittelevat, että seuraavan sukupolven materiaaliteollisuus ottaa oppia vaihtoehtoisesta proteiiniteollisuudesta. Tämä johtuu kahden toimialan samankaltaisuudesta tarkoituksen ja tekniikan suhteen. Esimerkiksi seuraavan sukupolven innovaattorit voisivat tutkia rihmastokasvua (sienipohjainen tekniikka). Vaihtoehtoinen proteiiniteollisuus käyttää rihmastokasvustoa ruokaan ja tarkkuuskäymiseen. Rihmaston ainutlaatuisen rakenteen ja ominaisuuksien vuoksi se on kuitenkin lupaava vaihtoehto nahalle. Uuden sukupolven materiaaliteollisuuden, kuten vaihtoehtoisen proteiinivastineen, on myös keskityttävä kuluttajakysynnän luomiseen. Yksi tapa tehdä niin on suosittujen muotimerkkien omaksuminen eläinvapaista materiaaleista.

Kaiken kaikkiaan seuraavan sukupolven materiaaliteollisuus on lupaava. Yksi tutkimus osoitti, että 94 % vastaajista oli valmis ostamaan niitä. Kirjoittajat ovat optimistisia, että seuraavan sukupolven suorien korvaavien eläinperäisten materiaalien myynti kasvaa jopa 80 % vuodessa seuraavien viiden vuoden aikana. Kun seuraavan sukupolven materiaalit vastaavat nykyisen sukupolven materiaalien kohtuuhintaisuutta ja tehokkuutta, teollisuus voi olla keihäänkärjessä kohti kestävämpää tulevaisuutta.