A következő generációs fenntartható anyagok: kulcsfontosságú növekedési lehetőségek és piaci betekintés

A white space elemzések részletes jelentések a meglévő piacokról. Meghatározzák a piac helyzetét, beleértve azt is, hogy milyen termékek, szolgáltatások és technológiák léteznek, melyek sikeresek, melyek nehézségekkel küzdenek, valamint a jövőbeli innováció és vállalkozói szellem lehetséges piaci réseit. a Materials Innovation Initiative által készített 2021. júniusi iparági állapotjelentés nyomán készült A MII egy agytröszt a következő generációs anyagtudományhoz és innovációhoz. Ebben a jelentésben a The Mills Fabrica-val, a következő generációs anyagipar ismert befektetőjével működtek együtt.

A következő generációs anyagok közvetlenül helyettesítik a hagyományos állati eredetű anyagokat, mint a bőr, selyem, gyapjú, szőrme és pehely (vagy „inkumbens anyagok”). Az újítók a „biomimikri” segítségével másolják a lecserélt állati termékek megjelenését, érzetét és hatékonyságát. azonban nem azonosak a „jelenlegi” állati alternatívákkal, mint például a poliészter, az akril és a petrolkémiai anyagokból, például poliuretánból készült szintetikus bőr. A következő generációs anyagok általában „bioalapú” összetevőket használnak – nem műanyagot –, hogy minimálisra csökkentsék szénlábnyomukat. A bioalapú anyagok közé tartoznak a mikrobák, növények és gombák. Bár a következő generációs anyaggyártás nem minden része teljesen bioalapú, az iparág a fenntartható innováció felé törekszik a feltörekvő zöld kémiai technológiák révén.

A white space elemzés hét kulcsfontosságú innovációs lehetőséget azonosít a következő generációs anyagiparban.

1. Számos új generációs anyag korlátozott innovációval. Az iparág újítóinak aránytalanul nagy része (körülbelül 2/3) foglalkozik a következő generációs bőrrel. Ezáltal a következő generációs gyapjú, selyem, pehely, szőrme és egzotikus bőrök nem fektetnek be és nem eléggé újítások, ami bőséges lehetőséget kínál a jövőbeli növekedéshez. A bőriparhoz képest ezek az új generációs anyagok alacsonyabb termelési mennyiséget eredményeznének, de nagyobb egységenkénti nyereséget eredményeznének.
2. A jelentés kiemeli a következő generációs ökoszisztémák 100%-ban fenntarthatóvá tételével kapcsolatos kihívásokat. Bár az ipar „alapanyagot” használ, például mezőgazdasági hulladékokat és mikrobiális termékeket, a következő generációs textíliák elkészítéséhez gyakran még mindig kőolajra és veszélyes anyagokra van szükség. Különös aggodalomra ad okot a polivinil-klorid és más vinil alapú polimerek, amelyek gyakran megtalálhatók a szintetikus bőrben. Tartóssága ellenére a fosszilis tüzelőanyagoktól való függése, a veszélyes vegyületek felszabadulása, a káros lágyítók használata és az alacsony újrahasznosítási arány miatt ez az egyik legkárosabb műanyag. A bioalapú poliuretán ígéretes alternatívát kínál, de még fejlesztés alatt áll. A szerzők azt javasolják, hogy az újítóknak és a befektetőknek bioalapú, biológiailag lebomló kötőanyagok, bevonatok, színezékek, adalékanyagok és befejező szerek biológiai alapú változatait kell kifejleszteniük és kereskedelmi forgalomba hozniuk.
3. Arra ösztönzik a következő generációs újítókat, hogy hozzanak létre 100%-ban bioalapú szintetikus szálakat a poliészter használatának ellensúlyozására. Jelenleg a poliészter az évente előállított textil alapanyagok 55%-át teszi ki. fenntartható divatipar „első számú közellenségének” tartják . A poliészter bonyolult anyag, mivel jelenleg az olyan anyagok „jelenlegi” helyettesítőjeként funkcionál, mint a selyem és a pehely. Ugyanakkor környezeti kockázatot is jelent, mivel mikroszálakat juttathat a környezetbe. A jelentés a jelenlegi generációs stratégiák fenntartható fejlesztését szorgalmazza bioalapú poliészterszálak fejlesztése révén. A jelenlegi innovációk folyamatban vannak az újrahasznosítható poliészter előállítására, de az életciklus végének biológiai lebonthatósága továbbra is aggodalomra ad okot.
4. A szerzők arra ösztönzik a befektetőket és az újítókat, hogy építsenek be új bioalapanyagot a következő generációs anyagokba. Más szóval új felfedezéseket és technológiákat követelnek a természetes és félszintetikus (cellulóz) szálak terén. A növényi rostok, például a pamut és a kender a globális rosttermelés 30%-át teszik ki. Eközben a félszintetikus anyagok, például a műselyem körülbelül 6%-ot tesznek ki. Annak ellenére, hogy növényekből származnak, ezek a rostok továbbra is fenntarthatósági aggályokat okoznak. A pamut például a világ szántóterületének 2,5%-át használja, ugyanakkor az összes mezőgazdasági vegyszer 10%-át. A mezőgazdasági maradványok, például a rizsből és az olajpálmából származó maradványok életképes lehetőségeket kínálnak a használható rostokká történő újrahasznosításra. Az algák, amelyek 400-szor hatékonyabban távolítják el a CO2-t a légkörből, mint a fák, szintén potenciálisan új bioalapanyagforrásként szolgálhatnak.
5. a következő generációs termékek élettartam-végi opcióinak sokoldalúságának növelésére szólít fel A szerzők szerint a következő generációs beszállítók, tervezők és gyártók felelőssége megérteni, hogy az anyagválasztás hogyan befolyásolja termékeik sorsát. A mikroműanyag-szennyezés akár 30%-a is származhat a textilekből, amelyeknek számos életciklusa véget ér. Lerakhatják őket egy szemétlerakóba, elégethetik energiával, vagy kidobhatják a környezetbe. Az ígéretesebb lehetőségek közé tartozik az újrahasznosítás és a biológiai lebontás. Az innovátoroknak a „körkörös gazdaság” felé kell törekedniük, ahol az anyagok előállítása, felhasználása és ártalmatlanítása kölcsönös kapcsolatban áll egymással, minimalizálva az összes hulladékot. újrahasznosíthatónak vagy kell lenniük a fogyasztói terheket. Ezen a területen potenciális szereplő a politejsav (PLA), egy fermentált keményítőszármazék, amelyet jelenleg lebomló műanyagok előállítására használnak. A 100%-ban PLA ruhadarabok a jövőben kaphatók lehetnek.
6. A szerzők kutatási és fejlesztési (K+F) csapatokat kérnek, hogy növeljék szakértelmüket az anyagtudomány alapelvei terén. A következő generációs kutatóknak és fejlesztőknek különösen meg kell érteniük a szerkezet-tulajdonság összefüggéseket. Ennek a kapcsolatnak az elsajátítása lehetővé teszi a K+F csapatok számára, hogy felmérjék, hogyan befolyásolják az anyag adott tulajdonságai az anyag teljesítményét, és hogyan lehet finomhangolni az anyag összetételét, szerkezetét és feldolgozását a kívánt teljesítmény elérése érdekében. Ez segíthet a K+F csapatoknak abban, hogy a „felülről lefelé irányuló” megközelítésről az anyagtervezés felé forduljanak, amely kiemeli az újszerű termékek megjelenését és hangulatát. Ehelyett a biomimikri az anyagtervezés „alulról felfelé irányuló” megközelítéseként funkcionálhat, amely a következő generációs anyagok esztétikája mellett a fenntarthatóságot és a tartósságot is figyelembe veszi. Az egyik lehetőség a rekombináns fehérjeszintézis alkalmazása – laboratóriumban növesztett állati sejtek segítségével „bőrt” növeszteni az állat nélkül. Például a laboratóriumban termesztett „bőrt” úgy lehet feldolgozni és cserezni, mint az állati eredetű bőrt.
7. Arra szólítja fel az újítókat, hogy fokozzák a biotechnológia alkalmazását, különösen a sejttechnológia területén. Sok új generációs anyag biotechnológiai megközelítésekre támaszkodik, mint például a fent említett, tenyésztett sejtekből előállított, laboratóriumban termesztett bőr. A szerzők hangsúlyozzák, hogy ahogy a biotechnológia fejlődik a következő generációs anyagok létrehozásában, az újítóknak öt eljárási szempontot kell szem előtt tartaniuk: a kiválasztott termelő organizmus, a szervezet tápanyagellátásának módja, hogyan lehet a sejteket „boldogan” tartani a maximális növekedéshez, hogyan betakarítás/átalakítás a kívánt termékké, és a méret növelése. A méretnövelés vagy a nagy mennyiségű termék ésszerű költségek melletti szállításának képessége kulcsfontosságú a következő generációs anyagok kereskedelmi sikerének előrejelzésében. Ez nehéz és költséges lehet a következő generációs terekben. Szerencsére számos gyorsító és inkubátor áll rendelkezésre az újítók segítségére.

A tárgyalt hét fehér szóközön kívül a szerzők azt javasolják, hogy a következő generációs anyagipar tanuljon az alternatív fehérjeiparból. Ez annak köszönhető, hogy a két iparág célja és technológiai hasonlósága van. Például a következő generációs újítók megvizsgálhatják a micélium növekedését (gomba alapú technológia). Az alternatív fehérjeipar a micélium növekedését élelmiszerekhez és precíziós fermentációhoz használja. A micélium egyedi szerkezete és tulajdonságai miatt azonban ígéretes alternatívája a bőrnek. A következő generációs anyagiparnak, mint alternatív fehérje megfelelőjének, szintén a fogyasztói kereslet megteremtésére kell összpontosítania. Ennek egyik módja a népszerű divatmárkák, amelyek állatmentes anyagokat alkalmaznak.

Összességében a következő generációs anyagipar ígéretes. Egy felmérés kimutatta, hogy a válaszadók 94%-a nyitott a vásárlásra. A szerzők bizakodóak abban, hogy az állati eredetű anyagok következő generációs közvetlen helyettesítőinek értékesítése évente akár 80%-kal is növekedni fog a következő öt évben. Amint a következő generációs anyagok megfelelnek a jelenlegi generációs anyagok megfizethetőségének és hatékonyságának, az iparág élen járhat a fenntarthatóbb jövő felé vezető úton.