Келесі буын тұрақты материалдар: негізгі өсу мүмкіндіктері және нарықтық түсініктер

Ақ кеңістік талдаулары бар нарықтар туралы егжей-тегжейлі есептер болып табылады. Олар нарықтың жай-күйін анықтайды, соның ішінде қандай өнімдер, қызметтер және технологиялар бар, қайсысы табысқа жетіп жатыр, қайсысы күресіп жатыр және болашақ инновациялар мен кәсіпкерлік үшін ықтимал нарықтық олқылықтар. Materials Innovation Initiative 2021 жылғы маусымдағы саланың жағдайы туралы есептің жалғасы ретінде қалыптасты MII - жаңа буын материалтану және инновациялар үшін сараптама орталығы. Бұл есепте олар келесі буын материалдар өнеркәсібінің белгілі инвесторы The Mills Fabrica-мен серіктес болды.

былғары, жібек, жүн, аң терісі және мамық (немесе «қолданыстағы материалдар») сияқты жануарлар негізіндегі материалдарды тікелей алмастырады Инноваторлар ауыстырылатын жануарлар өнімдерінің көрінісін, сезімін және тиімділігін көшіру үшін «биомимикрияны» пайдаланады. Дегенмен, келесі гендік материалдар полиэфир, акрил және полиуретан сияқты мұнай-химия өнімдерінен жасалған синтетикалық былғары сияқты жануарлардың «ағымдағы» баламаларымен бірдей емес. Келесі буын материалдары көміртегі ізін азайту үшін пластиктен емес, «био негізіндегі» ингредиенттерді пайдаланады. Био негізіндегі материалдарға микробтар, өсімдіктер және саңырауқұлақтар жатады. Жаңа буынның материалдық өндірісінің әрбір бөлігі толығымен био негізделмегенімен, сала жасыл химияның жаңа технологиялары арқылы тұрақты инновацияларға ұмтылуда.

Бос кеңістікті талдау келесі буын материалдар өнеркәсібіндегі инновацияның жеті негізгі мүмкіндігін анықтайды.

1. Шектеулі инновациялары бар бірнеше келесі буын материалдары бар. Өнеркәсіптегі инноваторлардың пропорционалды емес саны (шамамен 2/3) жаңа буын былғарыға тартылған. Бұл келесі буын жүн, жібек, мамық, үлбір және экзотикалық терілерге аз инвестицияланған және аз инновацияланбайды, бұл болашақ өсу үшін кең мүмкіндіктер береді. Былғары өнеркәсібімен салыстырғанда, бұл басқа келесі материалдар өндіріс көлемінің төмендеуіне әкеледі, бірақ бірлікке жоғары пайда алу мүмкіндігіне ие болады.
2. Есепте келесі гендік экожүйелерді 100% тұрақты етудегі қиындықтар көрсетілген. Өнеркәсіптің құрамына ауылшаруашылық қалдықтары мен микробтық өнімдер сияқты «шикізат» кірсе де, келесі гендік тоқыма бұйымдарын жасау әлі де мұнай мен қауіпті материалдарды қажет етеді. Синтетикалық былғарыда жиі кездесетін поливинилхлорид және басқа винил негізіндегі полимерлер ерекше алаңдаушылық тудырады. Төзімділігіне қарамастан, ол қазба отындарына тәуелді болғандықтан, зиянды қосылыстардың бөлінуіне, зиянды пластификаторларды пайдалануына және қайта өңдеу жылдамдығының төмен болуына байланысты ең зиянды пластмассалардың бірі болып табылады. Био негізіндегі полиуретан перспективалы балама ұсынады, бірақ әлі де әзірленуде. Авторлар инноваторлар мен инвесторларға байланыстырғыштардың , жабындардың, бояғыштардың, қоспалардың және әрлеу агенттерінің био-негізделген, биологиялық ыдырайтын нұсқаларын жасап, коммерцияландыруды ұсынады.
3. Олар келесі буын инноваторларын полиэстерді қолдануға қарсы тұру үшін 100% био негізіндегі синтетикалық талшықтарды жасауға шақырады. Қазіргі уақытта полиэфир жыл сайын өндірілетін барлық тоқыма шикізатының 55% құрайды. Ол мұнайға негізделгендіктен, ол тұрақты сән индустриясында . Полиэстер күрделі материал болып табылады, өйткені ол қазіргі уақытта жібек және мамық сияқты материалдарды алмастыратын «ағымдық-ген» қызметін атқарады. Дегенмен, бұл да экологиялық қауіп, өйткені ол қоршаған ортаға микроталшықтарды шығаруы мүмкін. Есеп био негізіндегі полиэфир талшықтарын дамыту арқылы қазіргі гендік стратегияларды тұрақты жақсартуды жақтайды. Ағымдағы инновациялар қайта өңделетін полиэфирді жасау үрдісінде, бірақ биологиялық ыдыраудың мерзімінің аяқталу мәселелері алаңдаушылық тудырады.
4. Авторлар инвесторлар мен инноваторларды жаңа биологиялық шикізатты келесі гендік материалдарға енгізуге шақырады. Басқаша айтқанда, олар табиғи және жартылай синтетикалық (целлюлозалық) талшықтардағы жаңа ашулар мен технологияларды талап етеді. Мақта және қарасора сияқты өсімдік талшықтары жаһандық талшық өндірісінің ~30% құрайды. Сонымен қатар, аудан сияқты жартылай синтетикалар ~ 6% құрайды. Өсімдіктерден алынғанына қарамастан, бұл талшықтар әлі де тұрақтылық мәселелерін тудырады. Мақта, мысалы, дүние жүзіндегі егістік алқаптарының 2,5%, бірақ барлық ауылшаруашылық химиялық заттардың 10% пайдаланады. Күріш пен пальма майының қалдықтары сияқты ауылшаруашылық қалдықтары пайдалы талшықтарға қайта өңдеудің өміршең нұсқаларын ұсынады. Атмосферадан СО2 шығаруда ағаштарға қарағанда 400 есе тиімді балдырлар биологиялық шикізаттың жаңа көзі ретінде де әлеуетке ие.
5. Талдау келесі буын өнімдерінің қызмет ету мерзімінің аяқталу нұсқаларының әмбебаптығын арттыруды талап етеді. Авторлардың пікірінше, жаңа буын жеткізушілері, дизайнерлері және өндірушілері материалды таңдау олардың өнімдерінің тағдырына қалай әсер ететінін түсінуге міндетті. Микропластиктердің ластануының 30%-ға дейіні тоқыма бұйымдарынан туындауы мүмкін, олардың әр түрлі қызмет мерзімі аяқталуы сценарийлері бар. Оларды полигонға тастауға, энергия алу үшін жағуға немесе қоршаған ортаға тастауға болады. Неғұрлым перспективалы опциялар қайта/қайта өңдеу және биодеградацияны қамтиды. Инноваторлар материалдық өндіріс, пайдалану және кәдеге жарату өзара байланыста болатын, жалпы қалдықтарды барынша азайтатын «дөңгелек экономикаға» ұмтылуы керек. тұтынушылық жүктемені азайта отырып, қайта өңделуі немесе биологиялық ыдырауға қабілетті болуы керек . Бұл саладағы әлеуетті ойыншы полилактикалық қышқыл (PLA), ашытылған крахмал туындысы, қазіргі уақытта ыдырайтын пластмассаларды жасау үшін пайдаланылады. 100% PLA киімдері болашақта қол жетімді болуы мүмкін.
6. Авторлар ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар (R&D) топтарын материалтану ғылымының негізгі принциптері бойынша тәжірибесін арттыруға шақырады. Атап айтқанда, келесі буын зерттеушілері мен әзірлеушілері құрылым мен меншік қатынастарын түсінуі керек. Бұл қатынасты меңгеру ҒЗТКЖ топтарына материалдың нақты қасиеттерінің материалдың өнімділігін қалай көрсететінін және қажетті өнімділікке жету үшін материалдың құрамын, құрылымын және өңдеуін қалай дәл баптау керектігін өлшеуге мүмкіндік береді. Бұл ҒЗТКЖ топтарына «жоғарыдан төменге» көзқарастан жаңа өнімнің сыртқы түрі мен сезіміне ерекше мән беретін материалдар дизайнына ауысуға көмектеседі. Оның орнына, биомимикрия келесі буын материалдарының эстетикасына қосымша тұрақтылық пен беріктікті қарастыратын материалдар дизайнына «төменнен жоғарыға» көзқарас ретінде жұмыс істей алады. Бір нұсқа - рекомбинантты ақуыз синтезін пайдалану - жануардың өзісіз «тері» өсіру үшін зертханада өсірілген жануарлар жасушаларын пайдалану. Мысалы, зертханада өсірілген «тері» жануарлардан алынған былғары сияқты өңделеді және иленеді.
7. биотехнологияны, әсіресе жасушалық инженерия саласында қолдануды кеңейтуге шақырады Көптеген келесі гендік материалдар биотехнологиялық тәсілдерге сүйенеді, мысалы, өсірілген жасушалардан жасалған жоғарыда аталған зертханада өсірілген былғары. Авторлар биотехнология келесі ұрпақты материалды жасауда дамыған сайын, инноваторлар процестің бес факторын есте сақтауы керек екенін атап көрсетеді: таңдалған өндірістік организм, ағзаны қоректік заттармен қамтамасыз ету жолы, жасушаларды максималды өсу үшін «бақытты» қалай ұстау керек, қалай жинау/қажетті өнімге түрлендіру және масштабын үлкейту. Масштабты ұлғайту немесе қолайлы бағамен өнімнің үлкен көлемін жеткізу мүмкіндігі келесі буын материалының коммерциялық табысын болжау үшін кілт болып табылады. Мұны істеу келесі ұрпақ кеңістігінде қиын және қымбат болуы мүмкін. Бақытымызға орай, инноваторларға көмектесу үшін бірқатар акселераторлар мен инкубаторлар бар.

Талқыланған жеті ақ кеңістіктен басқа, авторлар келесі буын материалдар өнеркәсібіне баламалы ақуыз индустриясынан сабақ алуды ұсынады. Бұл екі саланың мақсаты мен технологиясының ұқсастығына байланысты. Мысалы, жаңа буынның жаңашылдары мицелия өсімін (саңырауқұлақ негізіндегі технология) зерттей алады. Баламалы ақуыз өнеркәсібі тағамдық және дәл ашыту үшін мицелиалды өсуді пайдаланады. Алайда мицелийдің бірегей құрылымы мен қасиеттеріне байланысты ол былғарыға перспективалы балама болып табылады. Келесі гендік материалдар өнеркәсібі, оның баламалы протеиндік әріптесі сияқты, тұтынушылық сұранысты құруға назар аударуы керек. Мұны істеудің бір жолы - жануарларсыз материалдарды қабылдайтын танымал сән брендтері.

Тұтастай алғанда, келесі буын материалдар өнеркәсібі перспективалы. Бір сауалнама респонденттердің 94%-ы оларды сатып алуға дайын екенін көрсетті. Авторлар келесі бес жыл ішінде жануарларға негізделген материалдарды жаңа буынның тікелей алмастырғыштарын сату жыл сайын 80% дейін өседі деп оптимистік көзқараста. Жаңа буын материалдары қазіргі гендік материалдардың қолжетімділігі мен тиімділігіне сәйкес келсе, өнеркәсіп орнықты болашаққа жетелей алады.