Materiali sostenibili di prossima generazione: opportunità di crescita chiave e approfondimenti sul mercato

Le analisi degli spazi bianchi sono rapporti dettagliati sui mercati esistenti. Identificano lo stato del mercato, compresi i prodotti, i servizi e le tecnologie esistenti, quelli che hanno successo, quelli in difficoltà e le potenziali lacune del mercato per l’innovazione e l’imprenditorialità future. Questa analisi dettagliata del settore dei materiali alternativi animali di “prossima generazione” è stata redatta come seguito a un rapporto sullo stato del settore del giugno 2021 da parte della Materials Innovation Initiative. MII è un think tank per la scienza e l'innovazione dei materiali di nuova generazione. In questo rapporto, hanno collaborato con The Mills Fabrica, un noto investitore nel settore dei materiali di nuova generazione.

I materiali di nuova generazione sostituiscono direttamente i materiali convenzionali di origine animale come pelle, seta, lana, pelliccia e piumino (o “materiali storici”). Gli innovatori utilizzano la “biomimetica” per copiare l’aspetto, la sensazione e l’efficacia dei prodotti animali che vengono sostituiti. Tuttavia, i materiali di prossima generazione non sono gli stessi delle alternative animali di “attuale generazione” come poliestere, acrilico e pelle sintetica ricavata da prodotti petrolchimici come il poliuretano. I materiali di nuova generazione tendono a utilizzare ingredienti “a base biologica” – non plastica – per ridurre al minimo la loro impronta di carbonio. I materiali a base biologica includono microbi, piante e funghi. Anche se non tutti gli aspetti della produzione dei materiali di nuova generazione sono interamente di origine biologica, il settore si sta impegnando verso un’innovazione sostenibile attraverso le tecnologie emergenti della chimica verde.

L’analisi degli spazi bianchi identifica sette opportunità chiave per l’innovazione nel settore dei materiali di nuova generazione.

1. Esistono diversi materiali di nuova generazione con innovazione limitata. Una quantità sproporzionata (circa 2/3) di innovatori del settore sono coinvolti nella pelle di nuova generazione. Ciò lascia la lana, la seta, il piumino, la pelliccia e le pelli esotiche di prossima generazione sottoinvestiti e poco innovati, offrendo ampie opportunità di crescita futura. Rispetto all’industria della pelle, questi altri materiali di nuova generazione comporterebbero un volume di produzione inferiore ma avrebbero un potenziale di profitto per unità più elevato.
2. Il rapporto evidenzia le sfide nel rendere gli ecosistemi di nuova generazione sostenibili al 100%. Sebbene l’industria incorpori “materie prime” come rifiuti agricoli e prodotti microbici, la formulazione dei tessuti di nuova generazione spesso richiede ancora petrolio e materiali pericolosi. Di particolare interesse sono il cloruro di polivinile e altri polimeri a base vinilica, che si trovano spesso nella pelle sintetica. Nonostante la sua durabilità, è una delle materie plastiche più dannose a causa della sua dipendenza dai combustibili fossili, del rilascio di composti pericolosi, dell’uso di plastificanti dannosi e del basso tasso di riciclaggio. Il poliuretano a base biologica offre un’alternativa promettente, ma è ancora in fase di sviluppo. Gli autori suggeriscono che gli innovatori e gli investitori devono sviluppare e commercializzare versioni biodegradabili e a base biologica di leganti, rivestimenti, coloranti, additivi e agenti di finitura.
3. Incoraggiano gli innovatori di prossima generazione a creare fibre sintetiche al 100% di origine biologica per contrastare l’uso del poliestere. Attualmente, il poliestere rappresenta il 55% di tutte le materie prime tessili prodotte ogni anno. Poiché è a base di petrolio, è considerato il “nemico pubblico numero uno” nel settore della moda sostenibile . Il poliestere è un materiale complicato in quanto attualmente funziona come un sostituto di “attuale generazione” per materiali come seta e piumino. Tuttavia, rappresenta anche un rischio ambientale, poiché può rilasciare microfibre nell’ambiente. Il rapporto sostiene miglioramenti sostenibili alle strategie di generazione attuale attraverso lo sviluppo di fibre di poliestere di origine biologica. Le innovazioni attuali sono in corso per creare poliestere riciclabile, ma i problemi di biodegradabilità a fine vita rimangono una preoccupazione.
4. Gli autori incoraggiano gli investitori e gli innovatori a incorporare nuove materie prime biologiche nei materiali di nuova generazione. In altre parole, richiedono nuove scoperte e tecnologie nel campo delle fibre naturali e semisintetiche (cellulosiche). Le fibre vegetali come il cotone e la canapa rappresentano circa il 30% della produzione globale di fibre. Nel frattempo, i semisintetici come il rayon rappresentano circa il 6%. Nonostante siano ricavate dalle piante, queste fibre causano ancora problemi di sostenibilità. Il cotone, ad esempio, utilizza il 2,5% delle terre coltivabili del mondo, ma il 10% di tutti i prodotti chimici agricoli. I residui agricoli, come i residui del riso e della palma da olio, offrono opzioni praticabili per il riciclo in fibre utilizzabili. Anche le alghe, che sono 400 volte più efficienti degli alberi nel rimuovere la CO2 dall’atmosfera, hanno un potenziale come nuova fonte di materia prima biologica.
5. L'analisi richiede una maggiore versatilità nelle opzioni di fine vita dei prodotti di prossima generazione. Secondo gli autori, i fornitori, i progettisti e i produttori di nuova generazione hanno la responsabilità di comprendere in che modo la selezione dei materiali influisce sul destino del loro prodotto. Fino al 30% dell’inquinamento da microplastica può avere origine nei tessili, che presentano una varietà di scenari di fine vita. Possono essere gettati in una discarica, bruciati per produrre energia o gettati nell'ambiente. Opzioni più promettenti includono il ri/upcycling e la biodegradazione. Gli innovatori dovrebbero lavorare verso una “economia circolare”, in cui la produzione, l’uso e lo smaltimento dei materiali siano in un rapporto reciproco, riducendo al minimo gli sprechi complessivi. i materiali dovrebbero poter essere riciclati o biodegradati, riducendo al minimo l’onere per i consumatori. Un potenziale attore in questo settore è l’acido polilattico (PLA), un derivato dell’amido fermentato, attualmente utilizzato per produrre plastica degradabile. In futuro potrebbero essere disponibili capi realizzati al 100% in PLA.
6. Gli autori chiedono ai team di ricerca e sviluppo (R&S) di aumentare la loro esperienza nei principi fondamentali della scienza dei materiali. In particolare, i ricercatori e gli sviluppatori di nuova generazione devono comprendere le relazioni struttura-proprietà. Padroneggiare questa relazione consentirà ai team di ricerca e sviluppo di valutare in che modo le proprietà specifiche del materiale influenzano le prestazioni di un materiale e come ottimizzare la composizione, la struttura e la lavorazione del materiale per ottenere le prestazioni desiderate. Ciò può aiutare i team di ricerca e sviluppo a passare da un approccio “dall’alto verso il basso” alla progettazione dei materiali che enfatizza l’aspetto e la sensazione di un nuovo prodotto. Invece, la biomimetica può funzionare come un approccio “dal basso verso l’alto” alla progettazione dei materiali che considera la sostenibilità e la durabilità oltre all’estetica dei materiali di prossima generazione. Un’opzione è quella di utilizzare la sintesi proteica ricombinante, utilizzando cellule animali coltivate in laboratorio per far crescere la “pelle” senza l’animale stesso. Ad esempio, la “pelle” coltivata in laboratorio potrebbe essere lavorata e conciata come la pelle di origine animale.
7. Chiede agli innovatori di aumentare l’uso della biotecnologia, in particolare nel campo dell’ingegneria cellulare. Molti materiali di nuova generazione si basano su approcci biotecnologici, come la già citata pelle coltivata in laboratorio e ricavata da cellule in coltura. Gli autori sottolineano che man mano che la biotecnologia avanza nella creazione di materiali di prossima generazione, gli innovatori dovrebbero tenere conto di cinque considerazioni sul processo: l’organismo di produzione scelto, il modo di fornire nutrienti all’organismo, come mantenere le cellule “felici” per la massima crescita, come raccogliere/convertire nel prodotto desiderato e ampliarlo. Lo scale-up, ovvero la capacità di fornire grandi volumi di un prodotto a un costo ragionevole, è fondamentale per prevedere il successo commerciale di un materiale di nuova generazione. Farlo può essere difficile e costoso negli spazi di nuova generazione. Fortunatamente, sono disponibili numerosi acceleratori e incubatori per aiutare gli innovatori.

Oltre ai sette spazi bianchi discussi, gli autori raccomandano che l’industria dei materiali di prossima generazione impari lezioni dall’industria delle proteine ​​alternative. Ciò è dovuto alle somiglianze dei due settori nello scopo e nella tecnologia. Ad esempio, gli innovatori di nuova generazione potrebbero esaminare la crescita del micelio (tecnologia basata sui funghi). L'industria delle proteine ​​alternative utilizza la crescita micellare per il cibo e per la fermentazione di precisione. Tuttavia, a causa della struttura e delle proprietà uniche del micelio, è un'alternativa promettente alla pelle. Anche l’industria dei materiali di nuova generazione, come la sua controparte proteica alternativa, deve concentrarsi sulla creazione della domanda dei consumatori. Un modo per farlo è attraverso l’adozione da parte di famosi marchi di moda di materiali privi di animali.

Nel complesso, l’industria dei materiali di nuova generazione è promettente. Un sondaggio ha mostrato che il 94% degli intervistati era disposto ad acquistarli. Gli autori sono ottimisti sul fatto che le vendite di sostituti diretti di prossima generazione per materiali di origine animale aumenteranno fino all’80% ogni anno nei prossimi cinque anni. Una volta che i materiali di nuova generazione raggiungeranno l’accessibilità economica e l’efficacia dei materiali della generazione attuale, l’industria potrà guidare la spinta verso un futuro più sostenibile.