בעידן שבו קיימות אינה עוד מותרות אלא הכרח, תעשיית החומרים עוברת שינוי מהפך לעבר חידושים ידידותיים לסביבה. ניתוח החלל הלבן האחרון על ידי ה-Material Innovation Initiative (MII) ו-The Mills Fabrica מתעמק בהתחום המתפתח של חומרים מהדור הבא, ומדגיש גם את הניצחונות וגם את האתגרים המגדירים את המגזר הדינמי הזה. חומרים מהדור הבא הללו שואפים להחליף מוצרים קונבנציונליים המבוססים על בעלי חיים כמו עור, משי, צמר, פרווה ופומה בחלופות ברות קיימא המחקות את המראה, התחושה והפונקציונליות שלהם. בניגוד לתחליפים סינתטיים מסורתיים העשויים מפטרוכימיקלים, חומרים מהדור הבא ממנפים מרכיבים מבוססי ביו כגון חיידקים, צמחים ופטריות, ושואפים למזער את טביעת הרגל הפחמנית והשפעתם הסביבתית.
הדו"ח מזהה שבע הזדמנויות מפתח לצמיחה וחדשנות בתעשיית החומרים של הדור הבא. זה מדגיש את הצורך בגיוון מעבר לעור מהדור הבא, ששולט כיום בשוק, ומשאיר חומרים אחרים כמו צמר, משי ופוך לא נחקר. בנוסף, הניתוח מצביע על הצורך הקריטי במערכות אקולוגיות בנות קיימא לחלוטין, ודוחק בפיתוח של קלסרים, ציפויים ותוספים מבוססי ביו, מתכלים ביולוגיים כדי להחליף נגזרות פטרוכימיות מזיקות. הקריאה ל-100% סיבים סינתטיים מבוססי ביו כדי לנטרל את הסכנות הסביבתיות הנשקפות מפוליאסטר מדגישה עוד יותר את המחויבות של התעשייה לקיימות.
יתרה מכך, הדו"ח דוגל בשילוב של מקורות ביולוגיים חדשים, כגון שאריות חקלאיות ואצות, כדי ליצור סיבים ברי קיימא יותר. זה גם מדגיש את החשיבות של אפשרויות מגוונות לסוף החיים עבור מוצרים מהדור הבא, תוך קידום כלכלה מעגלית שבה חומרים ניתנים למיחזור או לפירוק ביולוגי עם השפעה סביבתית מינימלית. הניתוח מדגיש את הנחיצותם של צוותי מו"פ להעמיק את המומחיות שלהם במדעי החומרים, במיוחד בהבנת קשרי מבנה-רכוש כדי לשפר את הביצועים והקיימות של חומרים מהדור הבא. הוא קורא להגדלת הגישות הביוטכנולוגיות, כגון הנדסה סלולרית, כדי לקדם את הפיתוח של חומרים שגדלו במעבדה.
ככל שתעשיית החומרים של הדור הבא ממשיכה להתפתח, ניתוח החלל הלבן הזה משמש כמפת דרכים חיונית לחדשנים ומשקיעים, המנחה אותם לעבר מיזמים ברי קיימא ורווחיים במסע לחולל מהפכה בנוף החומרים.
תקציר מאת: ד"ר ש. מרק מולר | מחקר מקורי מאת: Material Innovation Initiative. (2021) | פורסם: 12 ביולי 2024
ניתוח שטח לבן זיהה הצלחות, קשיים והזדמנויות נוכחיות בתעשיית החומרים של "הדור הבא".
ניתוחי שטח לבן הם דוחות מפורטים על שווקים קיימים. הם מזהים את מצב השוק, לרבות אילו מוצרים, שירותים וטכנולוגיות קיימים, אלו מצליחים, אלו מתקשים, ופערי שוק פוטנציאליים לחדשנות ויזמות עתידית. ניתוח מרחב לבן מפורט זה של תעשיית החומרים האלטרנטיביים לבעלי חיים "הדור הבא" נוצר כהמשך לדוח מצב התעשייה של יוני 2021 על ידי יוזמת החדשנות בחומרים. MII הוא צוות חשיבה למדע וחדשנות של חומרים מהדור הבא. בדוח זה, הם שיתפו פעולה עם The Mills Fabrica, משקיע ידוע בתעשיית החומרים של הדור הבא.
חומרים מהדור הבא הם תחליפים ישירים לחומרים קונבנציונליים המבוססים על בעלי חיים כגון עור, משי, צמר, פרווה ופומה (או "חומרים פעילים"). חדשנים משתמשים ב"ביומימיקה" כדי להעתיק את המראה, התחושה והיעילות של המוצרים מהחי המוחלפים. עם זאת, חומרים מהדור הבא אינם זהים לחלופות של בעלי חיים "הדור הנוכחי" כגון פוליאסטר, אקריליק ועור סינטטי העשויים מפטרוכימיקלים כמו פוליאוריטן. חומרים מהדור הבא נוטים להשתמש במרכיבים "מבוססים ביו" - לא פלסטיק - על מנת למזער את טביעת הרגל הפחמנית שלהם. חומרים מבוססי ביו כוללים חיידקים, צמחים ופטריות. אמנם לא כל חלק של ייצור החומרים מהדור הבא מבוסס לחלוטין על ביו, התעשייה חותרת לחדשנות בת קיימא באמצעות טכנולוגיות כימיה ירוקה המתפתחות.
ניתוח החלל הלבן מזהה שבע הזדמנויות מפתח לחדשנות בתעשיית החומרים של הדור הבא.
- ישנם מספר חומרים מהדור הבא עם חדשנות מוגבלת. כמות לא פרופורציונלית (כ-2/3) מהחדשנים בתעשייה מעורבים בעור מהדור הבא. זה משאיר את הדור הבא של צמר, משי, פוך, פרווה ועורות אקזוטיים פחות מושקעים וחסרי חידוש, מה שמספק הזדמנויות רבות לצמיחה עתידית. בהשוואה לתעשיית העור, חומרים אחרים מהדור הבא הללו יביאו לנפח ייצור נמוך יותר אך יש להם פוטנציאל לרווח גבוה יותר ליחידה.
- הדו"ח מדגיש אתגרים בהפיכת מערכות אקולוגיות מהדור הבא לבר-קיימא של 100%. למרות שהתעשייה משלבת "חומרי מזון" כמו פסולת חקלאית ומוצרים מיקרוביאליים, הניסוח של טקסטיל מהדור הבא עדיין דורש נפט וחומרים מסוכנים. מדאיגים במיוחד הם פוליוויניל כלוריד ופולימרים אחרים על בסיס ויניל, שנמצאים לרוב בעור סינטטי. למרות עמידותו, זהו אחד הפלסטיקים המזיקים ביותר בשל הסתמכותו על דלקים מאובנים, שחרור של תרכובות מסוכנות, שימוש בחומרי פלסטיק מזיקים ושיעור מיחזור נמוך. פוליאוריטן מבוסס ביו מציע אלטרנטיבה מבטיחה, אך עדיין בפיתוח. המחברים מציעים כי על חדשנים ומשקיעים לפתח ולמסחר גרסאות מבוססות-ביולוגיות ומתכלות של קלסרים, ציפויים, צבעים, תוספים וחומרי גימור.
- הם מעודדים חדשנים מהדור הבא ליצור 100% סיבים סינתטיים מבוססי ביו כדי להתמודד עם השימוש בפוליאסטר. נכון להיום, פוליאסטר מהווה 55% מכלל חומרי הגלם לטקסטיל המיוצרים מדי שנה. מכיוון שהוא מבוסס על נפט, הוא נחשב ל"אויב הציבור מספר אחד" בתעשיית האופנה בת-קיימא . פוליאסטר הוא חומר מסובך בכך שהוא מתפקד כיום כתחליף "נוכחי" לחומרים כמו משי ופומה. עם זאת, זהו גם סיכון סביבתי, שכן הוא יכול לשחרר מיקרופייבר לסביבה. הדו"ח דוגל בשיפורים ברי קיימא באסטרטגיות מהדור הנוכחי באמצעות פיתוח סיבי פוליאסטר מבוססי ביו. חידושים נוכחיים נמצאים בתהליך ליצירת פוליאסטר הניתן למחזור, אך בעיות מתכלות ביולוגית של סוף החיים נותרות דאגה.
- המחברים מעודדים משקיעים ומחדשים לשלב ביופידסטוק חדש בחומרים מהדור הבא. במילים אחרות, הם קוראים לגילויים וטכנולוגיות חדשות בסיבים טבעיים וחצי סינתטיים (תאית). סיבים צמחיים כגון כותנה וקנבוס מהווים ~30% מייצור הסיבים העולמי. בינתיים, חומרים חצי סינתטיים כמו rayon מהווים ~6%. למרות שהם נשאבים מצמחים, סיבים אלה עדיין גורמים לחששות קיימות. כותנה, למשל, משתמשת ב-2.5% משטחי העיבוד של העולם, אך ב-10% מכלל הכימיקלים החקלאיים. שאריות חקלאיות, כגון שאריות מאורז ודקל שמן, מציעות אפשרויות ברות קיימא למחזור לסיבים שמישים. לאצות, שהן יעילות פי 400 מעצים בסילוק CO2 מהאטמוספירה, יש גם פוטנציאל כמקור חדש לביו-פיד.
- הניתוח קורא להגברת הגיוון באפשרויות סוף החיים של מוצרי הדור הבא. לדברי המחברים, לספקים, מעצבים ויצרנים מהדור הבא יש אחריות להבין כיצד בחירת החומר משפיעה על גורל המוצר שלהם. עד 30% מזיהום המיקרו-פלסטיק עשוי לנבוע בטקסטיל, שיש להם מגוון תרחישים של סוף החיים. הם עשויים להיזרק למזבלה, להישרף לצורך אנרגיה או להשליך בסביבה. אפשרויות מבטיחות יותר כוללות חידוש/חידוש מחזור והתכלות ביולוגית. על חדשנים לפעול למען "כלכלה מעגלית", שבה ייצור, שימוש וסילוק חומרים נמצאים ביחסי גומלין, תוך מזעור הפסולת הכוללת. בנוסף, חומרים צריכים להיות מסוגלים להיות ממוחזרים או את הנטל של הצרכן. שחקן פוטנציאלי בתחום זה הוא חומצה פולילקטית (PLA), נגזרת עמילן מותסס, המשמשת כיום לייצור פלסטיק מתכלה. בגדי 100% PLA עשויים להיות זמינים בעתיד.
- המחברים קוראים לצוותי מחקר ופיתוח (R&D) להגביר את המומחיות שלהם בעקרונות הליבה של מדעי החומרים. בפרט, חוקרים ומפתחים מהדור הבא חייבים להבין יחסי מבנה-נכס. שליטה במערכת היחסים הזו תאפשר לצוותי מו"פ לאמוד כיצד תכונות חומר ספציפיות מודיעות על ביצועי החומר וכיצד לכוונן את הרכב החומר, המבנה והעיבוד כדי להשיג את הביצועים הרצויים. פעולה זו יכולה לעזור לצוותי מו"פ להתפנות מגישה "מלמעלה למטה" לעיצוב חומרים המדגישה את המראה והתחושה של מוצר חדשני. במקום זאת, ביומימיקה יכולה לתפקד כגישה "מלמטה למעלה" לעיצוב חומרים המתחשבת בקיימות ועמידות בנוסף לאסתטיקה של חומרים מהדור הבא. אפשרות אחת היא להשתמש בסינתזת חלבון רקומביננטי - שימוש בתאי בעלי חיים שגדלו במעבדה כדי לגדל "עור" ללא החיה עצמה. לדוגמה, "עור" שגדל במעבדה יכול להיות מעובד ושיזוף כמו עור שמקורו בבעלי חיים.
- זה קורא לחדשנים להגדיל את השימוש שלהם בביוטכנולוגיה, במיוחד בתחום ההנדסה הסלולרית. חומרים מהדור הבא רבים מסתמכים על גישות ביוטכנולוגיות, כמו העור הנ"ל שגדל במעבדה העשוי מתאי תרבות. המחברים מדגישים שככל שהביוטכנולוגיה מתקדמת ביצירת חומרים מהדור הבא, על החדשנים להיות מודעים לחמישה שיקולי תהליכים: אורגניזם הייצור הנבחר, הדרך לספק חומרים מזינים לאורגניזם, כיצד לשמור על תאים "מאושרים" לצמיחה מקסימלית, כיצד לקצור/להמיר למוצר הרצוי, ולהגדיל. הגדלה בקנה מידה, או היכולת לספק נפח גדול של מוצר בעלות סבירה, היא המפתח לניבוי ההצלחה המסחרית של חומר מהדור הבא. לעשות זאת יכול להיות קשה ויקר בחללים מהדור הבא. למרבה המזל, מספר מאיצים וחממות זמינים כדי לעזור לחדשנים.
בנוסף לשבעת המרחבים הלבנים שנדונו, הכותבים ממליצים לתעשיית החומרים מהדור הבא ללמוד לקחים מתעשיית החלבון האלטרנטיבי. זאת בשל הדמיון בין שתי התעשיות במטרה ובטכנולוגיה. לדוגמה, חדשנים מהדור הבא יכולים לבחון את צמיחת התפטיר (טכנולוגיה מבוססת פטריות). תעשיית החלבון האלטרנטיבי משתמשת בגידול תפטיר למזון ותסיסה מדויקת. עם זאת, בגלל המבנה והמאפיינים הייחודיים של התפטיר, הוא מהווה חלופה מבטיחה לעור. תעשיית החומרים מהדור הבא, כמו מקבילתה החלבונית החלופית, חייבת להתמקד גם ביצירת ביקוש של הצרכנים. אחת הדרכים לעשות זאת היא באמצעות מותגי אופנה פופולריים המאמצים חומרים נטולי בעלי חיים.
בסך הכל, תעשיית החומרים של הדור הבא מבטיחה. סקר אחד הראה כי 94% מהמשיבים היו פתוחים לרכוש אותם. המחברים אופטימיים שהמכירות של תחליפים ישירים מהדור הבא לחומרים מבוססי בעלי חיים יגדלו עד 80% מדי שנה במהלך חמש השנים הקרובות. ברגע שהחומרים מהדור הבא יתאימו למחיר הסביר והיעילות של חומרים מהדור הנוכחי, התעשייה יכולה להוביל את השאיפה לעבר עתיד בר-קיימא יותר.
הודעה: תוכן זה פורסם בתחילה באתר faunalytics.org ואולי לא בהכרח משקף את השקפותיו של Humane Foundation.
