अगली पीढ़ी के स्थायी सामग्री: प्रमुख विकास के अवसर और बाजार अंतर्दृष्टि

व्हाइट स्पेस विश्लेषण मौजूदा बाज़ारों पर विस्तृत रिपोर्ट हैं। वे बाज़ार की स्थिति की पहचान करते हैं, जिसमें कौन से उत्पाद, सेवाएँ और प्रौद्योगिकियाँ मौजूद हैं, जो सफल हो रहे हैं, जो संघर्ष कर रहे हैं, और भविष्य के नवाचार और उद्यमिता के लिए संभावित बाज़ार अंतराल शामिल हैं। सामग्री नवाचार पहल द्वारा जून 2021 की उद्योग की स्थिति रिपोर्ट के अनुवर्ती के रूप में बनाया गया था। एमआईआई अगली पीढ़ी के सामग्री विज्ञान और नवाचार के लिए एक थिंक टैंक है। इस रिपोर्ट में, उन्होंने द मिल्स फैब्रिका के साथ साझेदारी की, जो अगली पीढ़ी के सामग्री उद्योग में एक प्रसिद्ध निवेशक है।

अगली पीढ़ी की सामग्रियां पारंपरिक पशु-आधारित सामग्रियों जैसे चमड़े, रेशम, ऊन, फर और डाउन (या "मौजूदा सामग्री") के लिए प्रत्यक्ष प्रतिस्थापन हैं। प्रतिस्थापित किए जा रहे पशु उत्पादों के रूप, अनुभव और प्रभावशीलता की नकल करने के लिए नवप्रवर्तक "बायोमिमिक्री" का उपयोग करते हैं। हालाँकि, अगली पीढ़ी की सामग्रियाँ "वर्तमान पीढ़ी" के पशु विकल्पों जैसे कि पॉलिएस्टर, ऐक्रेलिक और पॉलीयुरेथेन जैसे पेट्रोकेमिकल्स से बने सिंथेटिक चमड़े के समान नहीं हैं। अगली पीढ़ी की सामग्रियाँ अपने कार्बन पदचिह्न को कम करने के लिए "जैव-आधारित" सामग्री का उपयोग करती हैं - प्लास्टिक का नहीं। जैव-आधारित सामग्रियों में सूक्ष्म जीव, पौधे और कवक शामिल हैं। जबकि अगली पीढ़ी के सामग्री उत्पादन का हर हिस्सा पूरी तरह से जैव-आधारित नहीं है, उद्योग उभरती हरित रसायन प्रौद्योगिकियों के माध्यम से स्थायी नवाचार की दिशा में प्रयास कर रहा है।

व्हाइट स्पेस विश्लेषण अगली पीढ़ी के सामग्री उद्योग में नवाचार के लिए सात प्रमुख अवसरों की पहचान करता है।

1. सीमित नवीनता के साथ अगली पीढ़ी की कई सामग्रियां मौजूद हैं। उद्योग में अन्वेषकों की एक अनुपातहीन मात्रा (लगभग 2/3) अगली पीढ़ी के चमड़े में शामिल है। इससे अगली पीढ़ी के ऊन, रेशम, डाउन, फर और विदेशी खालों पर कम निवेश किया जाता है और उनका नवप्रवर्तन नहीं किया जाता है, जिससे भविष्य में विकास के लिए पर्याप्त अवसर मिलते हैं। चमड़ा उद्योग की तुलना में, इन अन्य अगली पीढ़ी की सामग्रियों का उत्पादन कम मात्रा में होगा लेकिन प्रति यूनिट अधिक लाभ की संभावना होगी।
2. रिपोर्ट अगली पीढ़ी के पारिस्थितिकी तंत्र को 100% टिकाऊ बनाने में चुनौतियों पर प्रकाश डालती है। यद्यपि उद्योग कृषि अपशिष्ट और माइक्रोबियल उत्पादों जैसे "फीडस्टॉक" को शामिल करता है, फिर भी अगली पीढ़ी के वस्त्रों के निर्माण के लिए अक्सर पेट्रोलियम और खतरनाक सामग्रियों की आवश्यकता होती है। विशेष चिंता का विषय पॉलीविनाइल क्लोराइड और अन्य विनाइल-आधारित पॉलिमर हैं, जो अक्सर सिंथेटिक चमड़े में पाए जाते हैं। इसके स्थायित्व के बावजूद, जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता, खतरनाक यौगिकों के निकलने, हानिकारक प्लास्टिसाइज़र के उपयोग और कम रीसाइक्लिंग दर के कारण यह सबसे हानिकारक प्लास्टिक में से एक है। जैव-आधारित पॉलीयुरेथेन एक आशाजनक विकल्प प्रदान करता है, लेकिन अभी भी विकास में है। लेखकों का सुझाव है कि नवप्रवर्तकों और निवेशकों को बाइंडर्स, कोटिंग्स, डाई, एडिटिव्स और फिनिशिंग एजेंटों के जैव-आधारित, बायोडिग्रेडेबल संस्करणों का विकास और व्यावसायीकरण करना चाहिए।
3. पॉलिएस्टर के उपयोग का मुकाबला करने के लिए अगली पीढ़ी के नवप्रवर्तकों को 100% जैव-आधारित सिंथेटिक फाइबर बनाने के लिए प्रोत्साहित करते हैं वर्तमान में, सालाना उत्पादित होने वाले सभी कपड़ा कच्चे माल में पॉलिएस्टर की हिस्सेदारी 55% है। क्योंकि यह पेट्रोलियम आधारित है, इसे टिकाऊ फैशन उद्योग । पॉलिएस्टर एक जटिल सामग्री है क्योंकि यह वर्तमान में रेशम और डाउन जैसी सामग्रियों के लिए "वर्तमान-जीन" प्रतिस्थापन के रूप में कार्य करता है। हालाँकि, यह एक पर्यावरणीय जोखिम भी है, क्योंकि यह पर्यावरण में माइक्रोफ़ाइबर छोड़ सकता है। रिपोर्ट जैव-आधारित पॉलिएस्टर फाइबर के विकास के माध्यम से वर्तमान पीढ़ी की रणनीतियों में स्थायी सुधार की वकालत करती है। पुनर्नवीनीकरण योग्य पॉलिएस्टर बनाने के लिए वर्तमान नवाचार प्रक्रिया में हैं, लेकिन जीवन के अंत में बायोडिग्रेडेबिलिटी के मुद्दे चिंता का विषय बने हुए हैं।
4. लेखक निवेशकों और नवप्रवर्तकों को अगली पीढ़ी की सामग्रियों में नए बायोफीडस्टॉक को शामिल करने के लिए प्रोत्साहित करते हैं। दूसरे शब्दों में, वे प्राकृतिक और अर्ध-सिंथेटिक (सेल्युलोसिक) फाइबर में नई खोजों और प्रौद्योगिकियों का आह्वान करते हैं। कपास और भांग जैसे पौधों के रेशे वैश्विक फाइबर उत्पादन का ~30% बनाते हैं। इस बीच, रेयान जैसे अर्ध-सिंथेटिक्स ~6% बनाते हैं। पौधों से प्राप्त होने के बावजूद, ये रेशे अभी भी स्थिरता संबंधी चिंताएँ पैदा करते हैं। उदाहरण के लिए, कपास दुनिया की कृषि योग्य भूमि का 2.5% उपयोग करता है, फिर भी सभी कृषि रसायनों का 10% उपयोग करता है। कृषि अवशेष, जैसे कि चावल और ताड़ के तेल के अवशेष, उपयोगी रेशों में पुनर्चक्रण के लिए व्यवहार्य विकल्प प्रदान करते हैं। शैवाल, जो वायुमंडल से CO2 हटाने में पेड़ों की तुलना में 400 गुना अधिक कुशल है, में बायोफीडस्टॉक के एक नए स्रोत के रूप में भी क्षमता है।
5. विश्लेषण में अगली पीढ़ी के उत्पादों के जीवन के अंत के विकल्पों में बढ़ी हुई बहुमुखी प्रतिभा का आह्वान किया गया है। लेखकों के अनुसार, अगली पीढ़ी के आपूर्तिकर्ताओं, डिजाइनरों और निर्माताओं की यह समझने की जिम्मेदारी है कि सामग्री का चयन उनके उत्पाद के भाग्य को कैसे प्रभावित करता है। 30% तक माइक्रोप्लास्टिक प्रदूषण वस्त्रों में उत्पन्न हो सकता है, जिसमें विभिन्न प्रकार के जीवन के अंत के परिदृश्य होते हैं। उन्हें लैंडफिल में फेंक दिया जा सकता है, ऊर्जा के लिए जलाया जा सकता है, या पर्यावरण में फेंक दिया जा सकता है। अधिक आशाजनक विकल्पों में पुनः/अपसाइक्लिंग और बायोडिग्रेडेशन शामिल हैं। नवप्रवर्तकों को एक "परिपत्र अर्थव्यवस्था" की दिशा में काम करना चाहिए, जहां सामग्री का उत्पादन, उपयोग और निपटान पारस्परिक संबंध में हो, जिससे समग्र अपशिष्ट कम से कम हो। उपभोक्ता बोझ को कम करते हुए या तो पुनर्चक्रित किया जा सकता है या इस क्षेत्र में एक संभावित खिलाड़ी पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए) है, जो एक किण्वित स्टार्च व्युत्पन्न है, जिसका उपयोग वर्तमान में डिग्रेडेबल प्लास्टिक बनाने के लिए किया जाता है। भविष्य में 100% PLA परिधान उपलब्ध हो सकते हैं।
6. लेखक सामग्री विज्ञान के मूल सिद्धांतों में अपनी विशेषज्ञता बढ़ाने के लिए अनुसंधान और विकास (आर एंड डी) टीमों को बुलाते हैं। विशेष रूप से, अगली पीढ़ी के शोधकर्ताओं और डेवलपर्स को संरचना-संपत्ति संबंधों को समझना चाहिए। इस संबंध में महारत हासिल करने से आर एंड डी टीमों को यह पता लगाने में मदद मिलेगी कि विशिष्ट सामग्री गुण किसी सामग्री के प्रदर्शन को कैसे सूचित करते हैं और वांछित प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए सामग्री संरचना, संरचना और प्रसंस्करण को कैसे ठीक किया जाए। ऐसा करने से आर एंड डी टीमों को सामग्री डिजाइन के लिए "ऊपर से नीचे" दृष्टिकोण से आगे बढ़ने में मदद मिल सकती है जो एक नए उत्पाद के स्वरूप और अनुभव पर जोर देती है। इसके बजाय, बायोमिमिक्री सामग्री डिजाइन के लिए "नीचे से ऊपर" दृष्टिकोण के रूप में कार्य कर सकती है जो अगली पीढ़ी की सामग्री के सौंदर्यशास्त्र के अलावा स्थिरता और स्थायित्व पर विचार करती है। एक विकल्प पुनः संयोजक प्रोटीन संश्लेषण का उपयोग करना है - जानवर के बिना "त्वचा" विकसित करने के लिए प्रयोगशाला में विकसित पशु कोशिकाओं का उपयोग करना। उदाहरण के लिए, प्रयोगशाला में उगाई गई "चमड़ी" को जानवरों से प्राप्त चमड़े की तरह संसाधित और टैन किया जा सकता है।
7. इसमें नवप्रवर्तकों से विशेष रूप से सेलुलर इंजीनियरिंग के क्षेत्र में जैव प्रौद्योगिकी के उपयोग को बढ़ाने का आह्वान किया गया है। कई अगली पीढ़ी की सामग्रियां जैव-प्रौद्योगिकी दृष्टिकोण पर निर्भर करती हैं, जैसे कि सुसंस्कृत कोशिकाओं से बना पूर्वोक्त प्रयोगशाला-विकसित चमड़ा। लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि जैसे-जैसे अगली पीढ़ी की सामग्री के निर्माण में जैव प्रौद्योगिकी आगे बढ़ती है, नवप्रवर्तकों को पांच प्रक्रिया संबंधी बातों का ध्यान रखना चाहिए: चुना हुआ उत्पादन जीव, जीव को पोषक तत्वों की आपूर्ति करने का तरीका, अधिकतम वृद्धि के लिए कोशिकाओं को "खुश" कैसे रखा जाए, कैसे कटाई/वांछित उत्पाद में रूपांतरित करें, और स्केल-अप करें। स्केल-अप, या उचित लागत पर किसी उत्पाद की बड़ी मात्रा में आपूर्ति करने की क्षमता, अगली पीढ़ी की सामग्री की व्यावसायिक सफलता की भविष्यवाणी करने की कुंजी है। अगली पीढ़ी के स्थानों में ऐसा करना कठिन और महंगा हो सकता है। सौभाग्य से, नवप्रवर्तकों की सहायता के लिए कई त्वरक और इनक्यूबेटर उपलब्ध हैं।

चर्चा की गई सात सफेद जगहों के अलावा, लेखकों का सुझाव है कि अगली पीढ़ी का सामग्री उद्योग वैकल्पिक प्रोटीन उद्योग से सबक सीखता है। यह दोनों उद्योगों के उद्देश्य और प्रौद्योगिकी में समानता के कारण है। उदाहरण के लिए, अगली पीढ़ी के नवप्रवर्तक माइसेलियल विकास (मशरूम-आधारित प्रौद्योगिकी) पर गौर कर सकते हैं। वैकल्पिक प्रोटीन उद्योग भोजन और सटीक किण्वन के लिए माइसेलियल वृद्धि का उपयोग करता है। हालाँकि, माइसेलियम की अनूठी संरचना और गुणों के कारण, यह चमड़े का एक आशाजनक विकल्प है। अगली पीढ़ी के सामग्री उद्योग को, अपने वैकल्पिक प्रोटीन समकक्ष की तरह, उपभोक्ता मांग पैदा करने पर भी ध्यान देना चाहिए। ऐसा करने का एक तरीका लोकप्रिय फैशन ब्रांडों के माध्यम से पशु-मुक्त सामग्री को अपनाना है।

कुल मिलाकर, अगली पीढ़ी का सामग्री उद्योग आशाजनक है। एक सर्वेक्षण से पता चला कि 94% उत्तरदाता उन्हें खरीदने के लिए तैयार थे। लेखक आशावादी हैं कि पशु-आधारित सामग्रियों के लिए अगली पीढ़ी के प्रत्यक्ष प्रतिस्थापन की बिक्री अगले पांच वर्षों में सालाना 80% तक बढ़ जाएगी। एक बार जब अगली पीढ़ी की सामग्रियां वर्तमान पीढ़ी की सामग्रियों की सामर्थ्य और प्रभावशीलता से मेल खाती हैं, तो उद्योग अधिक टिकाऊ भविष्य की दिशा में अभियान चला सकता है।