Epochoje, kai tvarumas nebėra prabanga, o būtinybė, medžiagų pramonė išgyvena transformacinį poslinkį ekologiškų naujovių link. Naujausioje „Material Innovation Initiative“ (MII) ir „The Mills Fabrica“ atliktoje baltos erdvės analizėje gilinamasi į besiplečiančią naujos kartos medžiagų sritį, išryškinant ir triumfus, ir iššūkius, kurie apibrėžia šį dinamišką sektorių. Šiomis naujos kartos medžiagomis siekiama pakeisti įprastus gyvūninės kilmės gaminius, tokius kaip oda, šilkas, vilna, kailis ir pūkai, tvariomis alternatyvomis, kurios imituoja jų išvaizdą, pojūtį ir funkcionalumą. Skirtingai nuo tradicinių sintetinių pakaitalų, pagamintų iš naftos chemijos produktų, naujos kartos medžiagos naudoja biologinius ingredientus, tokius kaip mikrobai, augalai ir grybai, siekiant sumažinti jų anglies pėdsaką ir poveikį aplinkai.
Ataskaitoje nurodomos septynios pagrindinės augimo ir naujovių galimybės naujos kartos medžiagų pramonėje. Tai pabrėžia, kad reikia diversifikuoti naujos kartos odą, kuri šiuo metu dominuoja rinkoje, todėl kitos medžiagos, pvz., vilna, šilkas ir pūkai, lieka neištirtos. Be to, analizė atkreipia dėmesį į esminį visiškai tvarių ekosistemų poreikį, raginant kurti biologiškai pagrįstus, biologiškai skaidomus rišiklius, dangas ir priedus, kurie pakeistų kenksmingus naftos chemijos darinius. Raginimas naudoti 100 % biologinio pluošto sintetinius pluoštus, kurie neutralizuotų poliesterio keliamą pavojų aplinkai, dar labiau pabrėžia pramonės įsipareigojimą siekti tvarumo.
Be to, ataskaitoje pasisakoma už naujų biologinių žaliavų šaltinių, tokių kaip žemės ūkio likučiai ir dumbliai, įtraukimą, siekiant sukurti tvaresnį pluoštą. Jame taip pat pabrėžiama universalių naujos kartos produktų eksploatavimo pabaigos galimybių svarba, skatinant žiedinę ekonomiką, kai medžiagas galima perdirbti arba biologiškai skaidyti, darant minimalų poveikį aplinkai. Analizėje pabrėžiama būtinybė, kad MTTP komandos gilintų savo žinias medžiagų mokslo srityje, ypač suprasdamos struktūros ir savybių santykius, kad būtų pagerintas naujos kartos medžiagų veikimas ir tvarumas. jame raginama plėsti biotechnologinius metodus, pvz., ląstelių inžineriją, siekiant paspartinti laboratorijose išaugintų medžiagų kūrimą.
Kadangi naujos kartos medžiagų pramonė ir toliau vystosi, ši baltos erdvės analizė yra labai svarbus novatorių ir investuotojų planas, nukreipiantis juos į tvarias ir pelningas įmones, siekiant pakeisti medžiagų kraštovaizdį.
Santrauka Autorius: Dr. S. Marek Muller | Originalus tyrimas: Medžiagų inovacijų iniciatyva. (2021 m.) | Paskelbta: 2024 m. liepos 12 d
Baltos erdvės analizė nustatė dabartines sėkmes, sunkumus ir galimybes „naujos kartos“ medžiagų pramonėje.
Baltųjų erdvių analizės yra išsamios ataskaitos apie esamas rinkas. Jie nustato rinkos būklę, įskaitant tai, kokie produktai, paslaugos ir technologijos egzistuoja, kuriems sekasi, kurioms kyla sunkumų, ir galimas rinkos spragas būsimoms naujovėms ir verslumui. Ši išsami „naujos kartos“ gyvūnų alternatyvių medžiagų pramonės analizė buvo atlikta kaip Medžiagų inovacijų iniciatyvos parengtos naujausios pramonės būklės ataskaitos MII yra naujos kartos medžiagų mokslo ir inovacijų minčių grupė. Šioje ataskaitoje jie bendradarbiauja su „The Mills Fabrica“, žinomu investuotoju į naujos kartos medžiagų pramonę.
Naujos kartos medžiagos yra tiesioginiai įprastinių gyvūninės kilmės medžiagų, tokių kaip oda, šilkas, vilna, kailis ir pūkai (arba „pagalbinės medžiagos“), pakaitalai. Inovatoriai naudoja „biomimikriją“, kad nukopijuotų pakeičiamų gyvūninės kilmės produktų išvaizdą, pojūtį ir veiksmingumą. Tačiau naujos kartos medžiagos nėra tas pats, kas „dabartinės kartos“ gyvūnų alternatyvos, tokios kaip poliesteris, akrilas ir sintetinė oda, pagaminta iš naftos chemijos produktų, tokių kaip poliuretanas. Naujos kartos medžiagos paprastai naudoja „biologinius“ ingredientus, o ne plastiką, kad sumažintų jų anglies pėdsaką. Biologinės medžiagos apima mikrobus, augalus ir grybus. Nors ne kiekviena naujos kartos medžiagų gamybos dalis yra visiškai biologinė, pramonė siekia tvarių naujovių pasitelkdama naujas ekologiškas chemijos technologijas.
Baltos erdvės analizė nustato septynias pagrindines naujovių galimybes naujos kartos medžiagų pramonėje.
- Yra keletas naujos kartos medžiagų, kurių naujovės yra ribotos. Neproporcingai daug (apie 2/3) pramonės novatorių dirba su naujos kartos oda. Dėl to į naujos kartos vilną, šilką, pūkus, kailį ir egzotiškas odas nepakankamai investuojama ir kuriamos naujovės, o tai suteikia daug galimybių augti ateityje. Palyginti su odos pramone, šios kitos naujos kartos medžiagos sumažintų gamybos apimtį, tačiau galėtų gauti didesnį pelną vienam vienetui.
- Ataskaitoje pabrėžiami iššūkiai, kylantys siekiant užtikrinti, kad naujos kartos ekosistemos būtų 100 % tvarios. Nors pramonėje naudojama „žaliava“, pvz., žemės ūkio atliekos ir mikrobiniai produktai, naujos kartos tekstilės gaminiams dažnai vis tiek reikia naftos ir pavojingų medžiagų. Ypatingą susirūpinimą kelia polivinilchloridas ir kiti vinilo pagrindu pagaminti polimerai, kurie dažnai randami sintetinėje odoje. Nepaisant patvarumo, jis yra vienas žalingiausių plastikų dėl priklausomybės nuo iškastinio kuro, pavojingų junginių išsiskyrimo, kenksmingų plastifikatorių naudojimo ir mažo perdirbimo lygio. Biologinis poliuretanas yra daug žadanti alternatyva, tačiau ji vis dar kuriama. Autoriai siūlo, kad novatoriai ir investuotojai turi sukurti ir komercializuoti biologiškai skaidomas rišiklių, dangų, dažiklių, priedų ir apdailos medžiagų versijas.
- Jie skatina naujos kartos novatorius kurti 100 % biologinius sintetinius pluoštus, kad būtų išvengta poliesterio naudojimo. Šiuo metu poliesteris sudaro 55% visų kasmet pagaminamų tekstilės žaliavų. Kadangi jis pagamintas iš naftos, jis laikomas „visuomenės priešu numeris vienas“ tvarioje mados pramonėje . Poliesteris yra sudėtinga medžiaga, nes šiuo metu jis veikia kaip „dabartinis“ medžiagų, tokių kaip šilkas ir pūkai, pakaitalas. Tačiau tai taip pat kelia pavojų aplinkai, nes į aplinką gali patekti mikropluošto. Ataskaitoje pasisakoma už tvarų dabartinių strategijų patobulinimą kuriant biologinius poliesterio pluoštus. Šiuolaikinės naujovės kuriamos siekiant sukurti perdirbamąjį poliesterį, tačiau susirūpinimą tebekelia biologinio skaidumo problemos, susijusios su galiojimo pabaiga.
- Autoriai skatina investuotojus ir novatorius įtraukti naujas biologines žaliavas į naujos kartos medžiagas. Kitaip tariant, jie ragina ieškoti naujų natūralių ir pusiau sintetinių (celiuliozės) pluoštų atradimų ir technologijų. Augaliniai pluoštai, tokie kaip medvilnė ir kanapės, sudaro apie 30% pasaulinės pluošto produkcijos. Tuo tarpu pusiau sintetinės medžiagos, tokios kaip viskozė, sudaro ~6%. Nepaisant to, kad jie gaunami iš augalų, šie pluoštai vis dar kelia susirūpinimą dėl tvarumo. Pavyzdžiui, medvilnei naudojama 2,5 % pasaulio dirbamos žemės, tačiau 10 % visų žemės ūkio chemikalų. Žemės ūkio likučiai, pvz., ryžių ir aliejinių palmių likučiai, siūlo perspektyvias galimybes perdirbti į naudingą pluoštą. Dumbliai, kurie 400 kartų efektyviau nei medžiai pašalina CO2 iš atmosferos, taip pat gali tapti nauju biologinių žaliavų šaltiniu.
- Analizė reikalauja, kad naujos kartos gaminių eksploatavimo pabaigos galimybės būtų universalesnės. Pasak autorių, naujos kartos tiekėjai, dizaineriai ir gamintojai turi suprasti, kaip medžiagų pasirinkimas įtakoja jų gaminio likimą. Iki 30 % mikroplastiko taršos gali kilti tekstilės gaminiuose, kuriems būdingi įvairūs eksploatavimo pabaigos scenarijai. Jie gali būti išmesti į sąvartyną, sudeginti energijai gauti arba išmesti į aplinką. Daug žadančios galimybės apima pakartotinį perdirbimą ir biologinį skaidymą. Inovatoriai turėtų siekti „žiedinės ekonomikos“, kai medžiagų gamyba, naudojimas ir šalinimas yra abipusiai susiję, kad būtų kuo mažiau atliekų. Be to, medžiagas turėtų būti galima perdirbti arba taip sumažinant vartotojų naštą. Potencialus žaidėjas šioje srityje yra polipieno rūgštis (PLA), fermentuotas krakmolo darinys, kuris šiuo metu naudojamas skaidomiems plastikams gaminti. Ateityje gali būti parduodami 100 % PLA drabužiai.
- Autoriai ragina mokslinių tyrimų ir plėtros (MTEP) komandas didinti savo žinias apie pagrindinius medžiagų mokslo principus. Visų pirma, naujos kartos mokslininkai ir kūrėjai turi suprasti struktūros ir nuosavybės santykius. Įvaldę šį ryšį, MTEP komandos galės įvertinti, kaip konkrečios medžiagos savybės lemia medžiagos veikimą ir kaip tiksliai sureguliuoti medžiagos sudėtį, struktūrą ir apdorojimą, kad būtų pasiektas norimas veikimas. Tai gali padėti mokslinių tyrimų ir plėtros komandoms pereiti nuo „iš viršaus į apačią“ metodo į medžiagų dizainą, pabrėžiantį naujo produkto išvaizdą ir pojūtį. Vietoj to, biomimika gali veikti kaip „iš apačios į viršų“ požiūris į medžiagų dizainą, kuriame atsižvelgiama į tvarumą ir ilgaamžiškumą, be naujos kartos medžiagų estetikos. Viena iš galimybių yra naudoti rekombinantinių baltymų sintezę – naudojant laboratorijoje išaugintas gyvūnų ląsteles, kad užaugintų „odą“ be paties gyvūno. Pavyzdžiui, laboratorijoje užauginta „kailė“ gali būti apdorojama ir rauginta kaip iš gyvūnų pagaminta oda.
- Ji ragina novatorius plačiau naudoti biotechnologijas, ypač ląstelių inžinerijos srityje. Daugelis naujos kartos medžiagų remiasi biotechnologiniais metodais, pavyzdžiui, anksčiau minėta laboratorijoje išauginta oda, pagaminta iš kultivuotų ląstelių. Autoriai pabrėžia, kad biotechnologijoms tobulėjant kuriant naujos kartos medžiagas, novatoriai turėtų atsižvelgti į penkis proceso aspektus: pasirinktą gamybinį organizmą, būdą aprūpinti organizmą maistinėmis medžiagomis, kaip išlaikyti ląsteles „laimingas“ maksimaliam augimui, kaip derliaus nuėmimas / konvertavimas į norimą produktą ir padidinimas. Padidinimas arba galimybė tiekti didelį produkto kiekį už priimtiną kainą yra raktas į naujos kartos medžiagos komercinę sėkmę. Tai padaryti naujos kartos erdvėse gali būti sunku ir brangu. Laimei, yra daug greitintuvų ir inkubatorių, kurie gali padėti novatoriams.
Be aptartų septynių baltų tarpų, autoriai rekomenduoja, kad naujos kartos medžiagų pramonė pasimokytų iš alternatyvios baltymų pramonės. Taip yra dėl dviejų pramonės šakų paskirties ir technologijų panašumo. Pavyzdžiui, naujos kartos novatoriai galėtų pažvelgti į grybienos augimą (grybų technologija). Alternatyvi baltymų pramonė naudoja grybienos augimą maistui ir tiksliam fermentavimui. Tačiau dėl unikalios grybienos struktūros ir savybių jis yra daug žadanti alternatyva odai. Naujos kartos medžiagų pramonė, kaip ir alternatyvi baltymų analoga, taip pat turi sutelkti dėmesį į vartotojų paklausos kūrimą. Vienas iš būdų tai padaryti yra populiarių mados prekių ženklų naudojimas, kuriame naudojamos medžiagos be gyvūnų.
Apskritai naujos kartos medžiagų pramonė yra perspektyvi. Viena apklausa parodė, kad 94% respondentų buvo pasirengę juos įsigyti. Autoriai tikisi, kad naujos kartos tiesioginių gyvulinės kilmės medžiagų pakaitalų pardavimas kasmet padidės iki 80 % per ateinančius penkerius metus. Kai naujos kartos medžiagos atitiks dabartinės kartos medžiagų įperkamumą ir efektyvumą, pramonė gali paskatinti tvaresnę ateitį.
PASTABA: Šis turinys iš pradžių buvo paskelbtas faunalytics.org ir nebūtinai atspindi Humane Foundationpožiūrį.