차세대 지속 가능한 재료 : 주요 성장 기회와 시장 통찰력

공백 분석은 기존 시장에 대한 자세한 보고서입니다. 그들은 어떤 제품, 서비스, 기술이 존재하는지, 어떤 것이 성공하고 있는지, 어떤 것이 어려움을 겪고 있는지, 그리고 미래 혁신과 기업가 정신을 위한 잠재적인 시장 격차를 포함하여 시장 상태를 식별합니다. "차세대" 동물 대체 재료 산업에 대한 이 상세한 공백 분석은 Materials Innovation Initiative의 2021년 6월 업계 현황 보고서 MII는 차세대 재료 과학 및 혁신을 위한 싱크 탱크입니다. 이 보고서에서 그들은 차세대 소재 산업의 유명한 투자자인 The Mills Fabrica와 파트너십을 맺었습니다.

차세대 소재는 가죽, 실크, 울, 모피, 다운 등 의 동물성 소재 혁신가들은 대체되는 동물성 제품의 모양, 느낌, 효과를 복사하기 위해 "생체모방"을 사용합니다. 하지만 차세대 소재는 폴리에스테르, 아크릴, 폴리우레탄 등 석유화학물질로 만든 합성가죽 등 '현세대' 동물대체 소재와는 다르다. 차세대 소재는 탄소 배출량을 최소화하기 위해 플라스틱이 아닌 '바이오 기반' 소재를 사용하는 경향이 있습니다. 바이오 기반 소재에는 미생물, 식물, 곰팡이 등이 포함됩니다. 차세대 소재 생산의 모든 부분이 전적으로 바이오 기반인 것은 아니지만 업계는 새로운 녹색 화학 기술을 통해 지속 가능한 혁신을 위해 노력하고 있습니다.

여백 분석은 차세대 소재 산업에서 혁신을 위한 7가지 주요 기회를 식별합니다.

1. 혁신이 제한적인 차세대 소재가 몇 가지 있습니다. 업계 내 혁신가 중 불균형적인 수(약 2/3)가 차세대 가죽에 참여하고 있습니다. 이로 인해 차세대 울, 실크, 다운, 모피 및 이국적인 가죽에 대한 투자와 혁신이 부족해 미래 성장을 위한 충분한 기회를 제공합니다. 가죽 산업에 비해 이러한 다른 차세대 소재는 생산량은 줄어들지만 단위당 이익은 더 높아질 가능성이 있습니다.
2. 이 보고서는 차세대 생태계를 100% 지속 가능하게 만드는 데 필요한 과제를 강조합니다. 업계에는 농업 폐기물 및 미생물 제품과 같은 "공급 원료"가 포함되어 있지만 차세대 직물을 제조하려면 여전히 석유 및 유해 물질이 필요한 경우가 많습니다. 특히 우려되는 것은 합성 가죽에서 흔히 발견되는 폴리염화비닐과 기타 비닐 기반 폴리머입니다. 내구성에도 불구하고 화석 연료 의존, 유해 화합물 방출, 유해한 가소제 사용 및 낮은 재활용률로 인해 가장 유해한 플라스틱 중 하나입니다. 바이오 기반 폴리우레탄은 유망한 대안을 제시하지만 아직 개발 단계에 있습니다. 저자는 혁신가와 투자자가 바인더, 코팅제, 염료, 첨가제 및 마감제의 바이오 기반 생분해성 버전을 개발하고 상용화해야 한다고 제안합니다.
3. 그들은 차세대 혁신가들이 폴리에스터 사용에 대응하기 위해 100% 바이오 기반 합성 섬유를 만들도록 장려합니다. 현재 폴리에스터는 연간 생산되는 모든 섬유 원료의 55%를 차지합니다. 석유 기반이기 때문에 지속 가능한 패션 산업 . 폴리에스테르는 현재 실크나 다운과 같은 소재를 대체하는 "현세대" 역할을 한다는 점에서 복잡한 소재입니다. 그러나 이는 극세사를 환경으로 방출할 수 있으므로 환경적 위험이기도 합니다. 보고서는 바이오 기반 폴리에스터 섬유 개발을 통해 현 세대 전략의 지속 가능한 개선을 옹호합니다. 현재 재활용 가능한 폴리에스터를 만들기 위한 혁신이 진행 중이지만, 수명이 다한 생분해성 문제는 여전히 문제로 남아 있습니다.
4. 저자는 투자자와 혁신가가 새로운 바이오 원료를 차세대 재료에 통합하도록 권장합니다. 즉, 천연 및 반합성(셀룰로오스) 섬유에 대한 새로운 발견과 기술이 필요합니다. 면, 대마와 같은 식물 섬유는 전 세계 섬유 생산량의 약 30%를 차지합니다. 한편, 레이온과 같은 반합성 소재는 약 6%를 차지합니다. 식물에서 추출되었음에도 불구하고 이러한 섬유는 여전히 지속가능성 문제를 야기합니다. 예를 들어 면화는 전 세계 경작지의 2.5%를 사용하지만 전체 농약의 10%를 사용합니다. 쌀과 야자기름의 잔류물과 같은 농업 잔류물은 사용 가능한 섬유로 업사이클링할 수 있는 실행 가능한 옵션을 제공합니다. 대기 중 CO2를 제거하는 데 있어서 나무보다 400배 더 효율적인 조류는 새로운 바이오공급원료로서의 잠재력도 가지고 있습니다.
5. 분석에 따르면 차세대 제품의 수명 종료 옵션에 대한 다양성이 높아져야 합니다. 저자에 따르면 차세대 공급업체, 설계자, 제조업체는 재료 선택이 제품의 운명에 어떤 영향을 미치는지 이해할 책임이 있습니다. 미세플라스틱 오염의 최대 30%는 다양한 수명 종료 시나리오가 있는 직물에서 발생할 수 있습니다. 매립지에 버려지거나 에너지를 얻기 위해 태워지거나 환경에 버려질 수 있습니다. 더욱 유망한 옵션으로는 재활용과 업사이클링 및 생분해가 있습니다. 혁신가들은 물질의 생산, 사용, 폐기가 상호 관계에 있어 전체 폐기물을 최소화하는 '순환 경제'를 향해 노력해야 합니다. 재활용 되거나 될 소비자 부담을 최소화할 수 있어야 합니다 이 분야의 잠재적인 플레이어는 현재 분해성 플라스틱을 만드는 데 사용되는 발효 전분 파생물인 폴리락트산(PLA)입니다. 100% PLA 의류는 향후 출시될 수도 있습니다.
6. 저자는 연구 개발(R&D) 팀이 재료 과학의 핵심 원리에 대한 전문성을 높일 것을 요구합니다. 특히 차세대 연구자와 개발자는 구조-속성 관계를 이해해야 합니다. 이러한 관계를 숙지하면 R&D 팀은 특정 재료 특성이 재료 성능에 어떻게 영향을 미치는지, 원하는 성능을 달성하기 위해 재료 구성, 구조 및 가공을 미세 조정하는 방법을 측정할 수 있습니다. 그렇게 하면 R&D 팀이 "하향식" 접근 방식에서 새로운 제품의 모양과 느낌을 강조하는 재료 디자인으로 전환하는 데 도움이 될 수 있습니다. 대신, 생체모방은 차세대 재료의 미학 외에도 지속 가능성과 내구성을 고려하는 재료 설계에 대한 "상향식" 접근 방식으로 기능할 수 있습니다. 한 가지 옵션은 재조합 단백질 합성을 사용하는 것입니다. 실험실에서 배양한 동물 세포를 사용하여 동물 자체 없이 "피부"를 성장시키는 것입니다. 예를 들어, 실험실에서 자란 "가죽"은 동물성 가죽처럼 가공되고 무두질될 수 있습니다.
7. 특히 세포 공학 분야 내에서 생명공학 사용을 확대할 것을 요구합니다 앞서 언급한 배양 세포로 만든 실험실에서 자란 가죽과 같은 많은 차세대 소재는 생명공학적 접근 방식에 의존합니다. 저자는 차세대 물질 생성에서 생명공학이 발전함에 따라 혁신가는 선택한 생산 유기체, 유기체에 영양분을 공급하는 방법, 최대 성장을 위해 세포를 "행복"하게 유지하는 방법, 원하는 제품을 수확/변환하고 규모를 확대합니다. 스케일업(Scale-up), 즉 합리적인 비용으로 대량의 제품을 공급할 수 있는 능력은 차세대 소재의 상업적 성공을 예측하는 데 핵심입니다. 그렇게 하는 것은 차세대 공간에서는 어렵고 비용이 많이 들 수 있습니다. 다행히도 혁신가를 도울 수 있는 다양한 액셀러레이터와 인큐베이터가 있습니다.

논의된 7가지 공백 외에도 저자는 차세대 재료 산업이 대체 단백질 산업으로부터 교훈을 얻을 것을 권장합니다. 이는 두 산업이 목적과 기술 면에서 유사하기 때문이다. 예를 들어, 차세대 혁신가는 균사체 성장(버섯 기반 기술)을 조사할 수 있습니다. 대체 단백질 산업은 식품 및 정밀 발효를 위해 균사체 성장을 사용합니다. 그러나 균사체의 독특한 구조와 특성으로 인해 가죽을 대체할 유망한 대안입니다. 대체 단백질 산업과 마찬가지로 차세대 소재 산업 역시 소비자 수요 창출에 초점을 맞춰야 합니다. 이를 위한 한 가지 방법은 인기 패션 브랜드가 동물성 소재를 사용하지 않는 소재를 채택하는 것입니다.

전반적으로 차세대 소재 산업은 유망하다. 한 설문조사에 따르면 응답자의 94%가 구매 의사가 있는 것으로 나타났습니다. 저자들은 동물성 물질의 차세대 직접 대체품 판매가 향후 5년 동안 매년 최대 80%까지 증가할 것이라고 낙관하고 있습니다. 차세대 소재가 현세대 소재의 경제성 및 효율성과 일치하면 업계는 보다 지속 가능한 미래를 향한 추진력을 주도할 수 있습니다.