Næsta kynslóð sjálfbær efni: Lykilvöxt tækifæri og innsýn á markaði

Hvítrýmisgreiningar eru nákvæmar skýrslur um núverandi markaði. Þeir bera kennsl á stöðu markaðarins, þar á meðal hvaða vörur, þjónusta og tækni eru til, hverjir eru að ná árangri, hverjir eiga í erfiðleikum og hugsanlega markaðsbil fyrir framtíðarnýsköpun og frumkvöðlastarf. Þessi nákvæma hvíta rýmisgreining á „næstu kynslóð“ dýravöruiðnaðinum var mynduð í framhaldi af skýrslu um stöðu iðnaðarins í júní 2021 frá Materials Innovation Initiative. MII er hugveita fyrir næstu kynslóðar efnisvísindi og nýsköpun. Í þessari skýrslu tóku þeir þátt í samstarfi við The Mills Fabrica, þekktan fjárfesti í næstu kynslóð efnisiðnaðar.

Næstu kynslóðar efni koma í stað hefðbundinna dýrastofnana eins og leður, silki, ull, skinn og dún (eða „viðhafandi efni“). Frumkvöðlar nota „lífhermingu“ til að afrita útlit, tilfinningu og virkni dýraafurðanna sem skipt er um. Hins vegar eru næstu kynslóðar efni ekki það sama og „núverandi“ dýrakostir eins og pólýester, akrýl og gervi leður úr unnin úr jarðolíu eins og pólýúretani. Næstu kynslóðar efni hafa tilhneigingu til að nota „lífrænt“ hráefni - ekki plast - til að lágmarka kolefnisfótspor þeirra. Líffræðileg efni eru meðal annars örverur, plöntur og sveppir. Þó að ekki sé sérhver hluti næstu kynslóðar efnisframleiðslu að öllu leyti byggður á lífrænum uppruna, þá leitast iðnaðurinn við sjálfbæra nýsköpun með vaxandi grænni efnafræðitækni.

Hvíta rýmisgreiningin bendir á sjö lykiltækifæri fyrir nýsköpun í næstu kynslóð efnisiðnaðar.

1. Það eru nokkur næstu kynslóðar efni með takmarkaða nýsköpun. Óhóflegt magn (u.þ.b. 2/3) af frumkvöðlum í greininni taka þátt í næstu kynslóð leðri. Þetta gerir næstu kynslóð ullar, silkis, dúns, skinns og framandi skinns undirfjárfesta og vannýjunga, sem gefur næg tækifæri fyrir framtíðarvöxt. Í samanburði við leðuriðnaðinn myndu þessi önnur næstu kynslóðar efni leiða til minna framleiðslumagns en hafa möguleika á meiri hagnaði á hverja einingu.
2. Í skýrslunni er lögð áhersla á áskoranir við að gera næstu kynslóðar vistkerfi 100% sjálfbær. Þrátt fyrir að iðnaðurinn taki upp „fóðurefni“ eins og landbúnaðarúrgang og örveruafurðir, krefst mótun næstu kynslóðar vefnaðarvöru oft enn jarðolíu og hættulegra efna. Sérstaklega áhyggjuefni eru pólývínýlklóríð og aðrar fjölliður sem byggjast á vínýl, sem oft finnast í gervi leðri. Þrátt fyrir endingu er það eitt skaðlegasta plastið vegna þess að það treystir á jarðefnaeldsneyti, losun hættulegra efnasambanda, notkun skaðlegra mýkingarefna og lágs endurvinnsluhlutfalls. Lífrænt pólýúretan býður upp á efnilegan valkost en er enn í þróun. Höfundarnir leggja til að frumkvöðlar og fjárfestar verði að þróa og markaðssetja lífrænar, niðurbrjótanlegar útgáfur af bindiefnum, húðun, litarefnum, aukefnum og frágangsefnum.
3. Þeir hvetja næstu kynslóðar frumkvöðla til að búa til 100% lífrænar gervitrefjar til að vinna gegn notkun pólýesters. Sem stendur er pólýester 55% af öllu textílhráefni sem framleitt er árlega. Vegna þess að það byggir á jarðolíu er það talið „opinber óvinur númer eitt“ í sjálfbærum tískuiðnaði . Pólýester er flókið efni að því leyti að það virkar nú sem „núverandi kynslóð“ í staðinn fyrir efni eins og silki og dún. Hins vegar er það líka umhverfisáhætta, þar sem það getur losað örtrefja út í umhverfið. Skýrslan mælir fyrir sjálfbærum umbótum á núverandi aðferðum með því að þróa lífrænar pólýestertrefjar. Núverandi nýjungar eru í vinnslu til að búa til endurvinnanlegt pólýester, en lífbrjótanleiki í lok líftíma er enn áhyggjuefni.
4. Höfundar hvetja fjárfesta og frumkvöðla til að fella nýtt líffóður í næstu kynslóðar efni. Með öðrum orðum, þeir kalla á nýjar uppgötvanir og tækni í náttúrulegum og hálfgerfuðum (sellulósa) trefjum. Plöntutrefjar eins og bómull og hampi eru ~30% af alþjóðlegri trefjaframleiðslu. Á sama tíma eru hálfgerviefni eins og rayon ~6%. Þrátt fyrir að vera dregin úr plöntum valda þessar trefjar enn áhyggjum um sjálfbærni. Bómull, til dæmis, notar 2,5% af ræktanlegu landi heimsins, en samt 10% af öllum efnum í landbúnaði. Landbúnaðarleifar, eins og leifar úr hrísgrjónum og olíupálma, bjóða upp á raunhæfa möguleika til að endurnýta í nothæfar trefjar. Þörungar, sem eru 400 sinnum skilvirkari en tré við að fjarlægja CO2 úr andrúmsloftinu, hafa einnig möguleika sem ný uppspretta líffóðurs.
5. Greiningin kallar á aukna fjölhæfni í valkostum næstu kynslóðar vara. Samkvæmt höfundum bera næstu kynslóðar birgjar, hönnuðir og framleiðendur ábyrgð á að skilja hvernig efnisval hefur áhrif á örlög vöru þeirra. Allt að 30% af örplastmengun geta átt uppruna sinn í vefnaðarvöru, sem hefur margvíslegar aðstæður við lok líftímans. Þeim getur verið hent á urðunarstað, brennt fyrir orku eða hent í umhverfið. Fleiri efnilegir valkostir eru meðal annars endur-/endurvinnslu og lífrænt niðurbrot. Frumkvöðlar ættu að vinna að „hringlaga hagkerfi“ þar sem framleiðsla, notkun og förgun efnis eru í gagnkvæmu sambandi, sem lágmarkar heildarúrgang. Að auki ætti efni að vera annaðhvort endurunnið eða niðurbrotið, sem lágmarkar álag neytenda. Mögulegur leikmaður á þessu sviði er fjölmjólkursýra (PLA), gerjuð sterkjuafleiða, sem nú er notuð til að búa til niðurbrjótanlegt plast. 100% PLA flíkur gætu verið fáanlegar í framtíðinni.
6. Höfundar kalla eftir rannsókna- og þróunarteymi (R&D) til að auka sérfræðiþekkingu sína á meginreglum efnisfræðinnar. Sérstaklega verða rannsakendur og þróunaraðilar næstu kynslóðar að skilja sambönd mannvirkja og eigna. Að ná góðum tökum á þessu sambandi mun gera R&D teymum kleift að meta hvernig tilteknir efniseiginleikar gefa til kynna frammistöðu efnis og hvernig á að fínstilla efnissamsetningu, uppbyggingu og vinnslu til að ná tilætluðum árangri. Að gera það getur hjálpað R&D teymum að snúast frá „top-down“ nálgun við efnishönnun sem leggur áherslu á útlit og tilfinningu nýrrar vöru. Þess í stað getur líflíking virkað sem „botn-upp“ nálgun við efnishönnun sem tekur til greina sjálfbærni og endingu til viðbótar við fagurfræði næstu kynslóðar efna. Einn valkostur er að nota raðbrigða próteinmyndun - nota tilraunaræktaðar dýrafrumur til að rækta „húð“ án dýrsins sjálfs. Til dæmis væri hægt að vinna úr tilraunastofuræktuðum „húð“ og súta eins og leður úr dýrum.
7. Það kallar á frumkvöðla að auka notkun sína á líftækni, sérstaklega á sviði frumuverkfræði. Mörg næstu kynslóðar efni byggja á líftæknilegum aðferðum, eins og áðurnefnt rannsóknarstofuræktað leður úr ræktuðum frumum. Höfundarnir leggja áherslu á að þegar líftækni fleygir fram í sköpun næstu kynslóðar efnis, ættu frumkvöðlar að hafa í huga fimm ferlihugsanir: valda framleiðslulífveru, leiðina til að útvega næringarefnum til lífverunnar, hvernig á að halda frumum „hamingjusamar“ fyrir hámarksvöxt, hvernig á að uppskera/breyta í viðkomandi vöru og skala upp. Stærð, eða hæfileikinn til að útvega mikið magn af vöru með sanngjörnum kostnaði, er lykillinn að því að spá fyrir um velgengni næstu kynslóðar efnis í viðskiptalegum tilgangi. Að gera það getur verið erfitt og dýrt í næstu kynslóðar rýmum. Sem betur fer er fjöldi hraða og útungunarvéla í boði til að hjálpa frumkvöðlum.

Til viðbótar við sjö hvítu rýmin sem fjallað er um mæla höfundar með því að næstu kynslóðar efnisiðnaður dragi lærdóm af öðrum próteiniðnaði. Þetta er vegna líkt atvinnugreinanna tveggja í tilgangi og tækni. Til dæmis gætu nýjustu kynslóðar frumkvöðlar skoðað vefveppavöxt (tækni sem byggir á sveppum). Önnur próteiniðnaður notar sveppavöxt til matar og nákvæmrar gerjunar. Hins vegar, vegna einstakrar uppbyggingar og eiginleika mycelium, er það efnilegur valkostur við leður. Næsta kynslóð efnisiðnaðar, eins og prótein hliðstæða hans, verður einnig að einbeita sér að því að skapa eftirspurn neytenda. Ein leið til að gera það er í gegnum vinsæl tískuvörumerki sem taka upp dýralaus efni.

Á heildina litið lofar næstu kynslóðar efnisiðnaður efnilegur. Ein könnun sýndi að 94% svarenda voru opnir fyrir að kaupa þau. Höfundar eru bjartsýnir á að sala á næstu kynslóð beinum uppbótarefnum fyrir dýraefni muni aukast um allt að 80% árlega á næstu fimm árum. Þegar næstu kynslóðar efni passa við hagkvæmni og skilvirkni núverandi kynslóðar efna, getur iðnaðurinn verið leiðandi í sókn í átt að sjálfbærari framtíð.