Laikmetā, kad ilgtspējība vairs nav greznība, bet gan nepieciešamība, materiālu rūpniecībā notiek transformējoša pāreja uz videi draudzīgām inovācijām. Materiālu inovāciju iniciatīvas (MII) un The Mills Fabrica jaunākajā balto laukumu analīzē ir iedziļināties plaukstošajā nākamās paaudzes materiālu jomā, izceļot gan triumfus, gan izaicinājumus, kas nosaka šo dinamisko nozari. Šo nākamās paaudzes materiālu mērķis ir aizstāt tradicionālos dzīvnieku izcelsmes izstrādājumus, piemēram, ādu, zīdu, vilnu, kažokādas un dūnas ar ilgtspējīgām alternatīvām, kas atdarina to izskatu, sajūtu un funkcionalitāti. Atšķirībā no tradicionālajiem sintētiskiem aizstājējiem, kas izgatavoti no naftas ķīmijas produktiem, nākamās paaudzes materiāli izmanto bioloģiski ražotas sastāvdaļas, piemēram, mikrobi, augi un sēnītes, cenšoties samazināt to oglekļa pēdas nospiedumu un ietekmi uz vidi.
Ziņojumā ir norādītas septiņas galvenās izaugsmes un inovācijas iespējas nākamās paaudzes materiālu nozarē. Tas uzsver nepieciešamību pēc dažādošanas ārpus nākamās paaudzes ādas, kas pašlaik dominē tirgū, atstājot citus materiālus, piemēram, vilnu, zīdu un dūnus, nepietiekami izpētītus. Turklāt analīze norāda uz kritisko vajadzību pēc pilnīgi ilgtspējīgām ekosistēmām, mudinot izstrādāt bioloģiski balstītas, bioloģiski noārdāmas saistvielas, pārklājumus un piedevas, lai aizstātu kaitīgos naftas ķīmijas atvasinājumus. Aicinājums izmantot 100% bioloģiskās sintētiskās šķiedras, lai novērstu poliestera radīto apdraudējumu videi, vēl vairāk uzsver nozares apņemšanos nodrošināt ilgtspējību.
Turklāt ziņojumā tiek atbalstīts jaunu bioloģisko izejvielu avotu, piemēram, lauksaimniecības atlieku un aļģu, iekļaušana, lai radītu ilgtspējīgākas šķiedras. Tajā arī uzsvērts, cik svarīgas ir daudzveidīgas nākamās paaudzes izstrādājumu novecošanas iespējas, veicinot aprites ekonomiku, kurā materiālus var pārstrādāt vai bioloģiski noārdīt ar minimālu ietekmi uz vidi. Analīze uzsver nepieciešamību pētniecības un attīstības komandām padziļināt savas zināšanas materiālu zinātnē, jo īpaši, lai izprastu struktūras un īpašuma attiecības, lai uzlabotu nākamās paaudzes materiālu veiktspēju un ilgtspējību. tā aicina paplašināt biotehnoloģiskās pieejas, piemēram, šūnu inženieriju, lai veicinātu laboratorijā audzētu materiālu izstrādi.
Tā kā nākamās paaudzes materiālu nozare turpina attīstīties, šī balto laukumu analīze kalpo kā būtisks ceļvedis novatoriem un investoriem, virzot viņus uz ilgtspējīgiem un ienesīgiem pasākumiem, cenšoties mainīt materiālu ainavu.
Kopsavilkums Autors: Dr. S. Mareks Mullers | Sākotnējais pētījums: Materiālu inovācijas iniciatīva. (2021) | Publicēšanas datums: 2024. gada 12. jūlijs
Balto laukumu analīze identificēja pašreizējos panākumus, grūtības un iespējas “nākamās paaudzes” materiālu nozarē.
Balto telpu analīzes ir detalizēti ziņojumi par esošajiem tirgiem. Tie nosaka tirgus stāvokli, tostarp to, kādi produkti, pakalpojumi un tehnoloģijas pastāv, kuri gūst panākumus, kuriem ir grūtības, un iespējamās tirgus nepilnības nākotnes inovācijām un uzņēmējdarbībai. Šī detalizētā “nākamās paaudzes” dzīvnieku alternatīvo materiālu nozares analīze tika izveidota kā turpinājums Materiālu inovāciju iniciatīvas 2021. gada jūnija ziņojumam par nozares stāvokli MII ir ideju grupa nākamās paaudzes materiālu zinātnei un inovācijām. Šajā ziņojumā viņi sadarbojās ar The Mills Fabrica, kas ir zināms investors nākamās paaudzes materiālu nozarē.
Nākamās paaudzes materiāli ir tieši aizstājēji tradicionālajiem dzīvnieku izcelsmes materiāliem, piemēram, ādai, zīdam, vilnai, kažokādām un dūnām (vai “esošiem materiāliem”). Inovatori izmanto “biomimikriju”, lai kopētu aizstāto dzīvnieku izcelsmes produktu izskatu, sajūtu un efektivitāti. Tomēr nākamās paaudzes materiāli nav tas pats, kas “pašreizējās paaudzes” dzīvnieku alternatīvas, piemēram, poliesteris, akrils un sintētiskā āda, kas izgatavota no naftas ķīmijas produktiem, piemēram, poliuretāna. Nākamās paaudzes materiālos parasti tiek izmantotas “bioloģiski ražotas” sastāvdaļas, nevis plastmasa, lai samazinātu oglekļa pēdas nospiedumu. Bioloģiskie materiāli ir mikrobi, augi un sēnītes. Lai gan ne visas nākamās paaudzes materiālu ražošanas daļas ir pilnībā bioloģiskas, nozare tiecas pēc ilgtspējīgām inovācijām, izmantojot jaunās zaļās ķīmijas tehnoloģijas.
Balto laukumu analīze identificē septiņas galvenās inovācijas iespējas nākamās paaudzes materiālu nozarē.
- Ir vairāki nākamās paaudzes materiāli ar ierobežotām inovācijām. Neproporcionāli daudz (apmēram 2/3) nozares novatoru ir iesaistīti nākamās paaudzes ādas ražošanā. Tas atstāj nākamās paaudzes vilnas, zīda, dūnu, kažokādu un eksotisku ādu nepietiekami ieguldītas un nepietiekamas inovācijas, nodrošinot plašas iespējas turpmākai izaugsmei. Salīdzinot ar ādas rūpniecību, šie citi nākamās paaudzes materiāli radītu mazāku ražošanas apjomu, bet tiem būtu lielākas peļņas potenciāls uz vienību.
- Ziņojumā ir uzsvērti izaicinājumi, lai nākamās paaudzes ekosistēmas būtu 100% ilgtspējīgas. Lai gan šajā nozarē tiek izmantotas “izejvielas”, piemēram, lauksaimniecības atkritumi un mikrobu produkti, nākamās paaudzes tekstilizstrādājumu pagatavošanai bieži vien joprojām ir nepieciešama nafta un bīstami materiāli. Īpašas bažas rada polivinilhlorīds un citi polimēri uz vinila bāzes, kas bieži sastopami sintētiskajā ādā. Neskatoties uz izturību, tā ir viena no kaitīgākajām plastmasām, jo tā ir atkarīga no fosilā kurināmā, izdalās bīstami savienojumi, tiek izmantoti kaitīgi plastifikatori un zems pārstrādes līmenis. Biopoliuretāns piedāvā daudzsološu alternatīvu, taču tas joprojām tiek izstrādāts. Autori iesaka novatoriem un investoriem izstrādāt un komercializēt saistvielu, pārklājumu, krāsvielu, piedevu un apdares līdzekļu bioloģiski noārdāmas versijas.
- Viņi mudina nākamās paaudzes novatorus izveidot 100% bioloģiskas sintētiskās šķiedras, lai novērstu poliestera izmantošanu. Pašlaik poliesteris veido 55% no visām gadā saražotajām tekstilizstrādājumu izejvielām. Tā kā tas ir balstīts uz naftu, tas tiek uzskatīts par "sabiedrības ienaidnieku numur viens" ilgtspējīgas modes industrijā . Poliesteris ir sarežģīts materiāls, jo pašlaik tas darbojas kā "strāvas paaudzes" aizstājējs tādiem materiāliem kā zīds un dūnas. Tomēr tas ir arī vides risks, jo tas var izdalīt mikrošķiedras vidē. Ziņojumā iestājas par ilgtspējīgiem uzlabojumiem pašreizējās paaudzes stratēģijās, izstrādājot bioloģiski ražotas poliestera šķiedras. Pašreizējie jauninājumi tiek izstrādāti, lai radītu otrreiz pārstrādājamu poliesteru, taču problēmas ar bioloģisko noārdīšanos joprojām rada bažas.
- Autori mudina investorus un novatorus iekļaut jaunas bioloģiskās izejvielas nākamās paaudzes materiālos. Citiem vārdiem sakot, tie aicina veikt jaunus atklājumus un tehnoloģijas dabisko un daļēji sintētisko (celulozes) šķiedru jomā. Augu šķiedras, piemēram, kokvilna un kaņepes, veido ~30% no globālās šķiedras ražošanas. Tikmēr daļēji sintētika, piemēram, viskoze, veido ~ 6%. Neskatoties uz to, ka tās iegūtas no augiem, šīs šķiedras joprojām rada bažas par ilgtspējību. Piemēram, kokvilna izmanto 2,5% no pasaules aramzemes, bet 10% no visām lauksaimniecības ķimikālijām. Lauksaimniecības atliekas, piemēram, rīsu un eļļas palmu atliekas, piedāvā dzīvotspējīgas iespējas pārstrādei izmantojamās šķiedrās. Aļģēm, kas CO2 izvadīšanā no atmosfēras ir 400 reizes efektīvākas par kokiem, ir arī potenciāls kā jaunam bioloģiskās izejvielu avotam.
- Analīze prasa palielināt nākamās paaudzes produktu izmantošanas beigu iespēju daudzpusību. Pēc autoru domām, nākamās paaudzes piegādātājiem, dizaineriem un ražotājiem ir pienākums saprast, kā materiālu izvēle ietekmē viņu produkta likteni. Līdz 30% mikroplastmasas piesārņojuma var rasties tekstilizstrādājumos, kuriem ir dažādi dzīves beigu scenāriji. Tos var izmest poligonā, sadedzināt enerģijas iegūšanai vai izmest vidē. Daudzsološākas iespējas ir atkārtota pārstrāde un biodegradācija. Inovatoriem jāstrādā pie “aprites ekonomikas”, kur materiālu ražošana, izmantošana un iznīcināšana ir savstarpēji saistītas, samazinot kopējo atkritumu daudzumu. Turklāt materiālus vajadzētu būt iespējai pārstrādāt vai bioloģiski noārdīties, līdz minimumam samazinot patērētāju slogu. Potenciāls spēlētājs šajā jomā ir polipienskābe (PLA), fermentēts cietes atvasinājums, ko pašlaik izmanto, lai ražotu noārdāmu plastmasu. Nākotnē var būt pieejami 100% PLA apģērbi.
- Autori aicina pētniecības un attīstības (R&D) komandas palielināt savas zināšanas materiālu zinātnes pamatprincipos. Jo īpaši nākamās paaudzes pētniekiem un izstrādātājiem ir jāsaprot struktūras un īpašuma attiecības. Apgūstot šīs attiecības, pētniecības un attīstības komandas varēs novērtēt, kā konkrētas materiāla īpašības ietekmē materiāla veiktspēju un kā precizēt materiāla sastāvu, struktūru un apstrādi, lai sasniegtu vēlamo veiktspēju. Tas var palīdzēt pētniecības un izstrādes komandām pāriet no “no augšas uz leju” pieejas materiālu dizainam, kas uzsver jauna produkta izskatu un sajūtu. Tā vietā biomīmikrija var darboties kā “no apakšas uz augšu” pieeja materiālu dizainam, kurā papildus nākamās paaudzes materiālu estētikai tiek ņemta vērā arī ilgtspējība un izturība. Viena iespēja ir izmantot rekombinanto proteīnu sintēzi — izmantojot laboratorijā audzētas dzīvnieku šūnas, lai audzētu “ādu” bez paša dzīvnieka. Piemēram, laboratorijā audzētu “slēptu” varētu apstrādāt un miecēt kā dzīvnieku izcelsmes ādu.
- Tas aicina novatorus paplašināt biotehnoloģiju izmantošanu, jo īpaši šūnu inženierijas jomā. Daudzi nākamās paaudzes materiāli ir balstīti uz biotehnoloģiskām pieejām, piemēram, iepriekšminēto laboratorijā audzētu ādu, kas izgatavota no kultivētām šūnām. Autori uzsver, ka, biotehnoloģijai progresējot nākamās paaudzes materiālu radīšanā, novatoriem ir jāņem vērā pieci procesa apsvērumi: izvēlētais ražošanas organisms, veids, kā organismam piegādāt barības vielas, kā saglabāt šūnas “laimīgas” maksimālai augšanai, kā novākt/pārveidot par vēlamo produktu un palielināt apjomu. Mēroga palielināšana jeb spēja piegādāt lielu produkta apjomu par saprātīgām izmaksām ir galvenais, lai prognozētu nākamās paaudzes materiāla komerciālos panākumus. Nākamās paaudzes telpās tas var būt sarežģīti un dārgi. Par laimi, ir pieejami vairāki paātrinātāji un inkubatori, lai palīdzētu novatoriem.
Papildus apspriestajām septiņām baltajām atstarpēm autori iesaka nākamās paaudzes materiālu nozarei mācīties no alternatīvās olbaltumvielu nozares. Tas ir saistīts ar abu nozaru līdzību mērķiem un tehnoloģijām. Piemēram, nākamās paaudzes novatori varētu izpētīt micēlija augšanu (uz sēnēm balstīta tehnoloģija). Alternatīvā olbaltumvielu rūpniecība izmanto micēlija augšanu pārtikai un precīzai fermentācijai. Tomēr micēlija unikālās struktūras un īpašību dēļ tā ir daudzsološa alternatīva ādai. Nākamās paaudzes materiālu rūpniecībai, tāpat kā tās alternatīvajai olbaltumvielu partnerei, arī jākoncentrējas uz patērētāju pieprasījuma radīšanu. Viens veids, kā to izdarīt, ir populāri modes zīmoli, kas izmanto materiālus, kas nesatur dzīvniekus.
Kopumā nākamā paaudzes materiālu nozare ir daudzsološa. Viena aptauja parādīja, ka 94% respondentu bija gatavi tos iegādāties. Autori ir optimistiski noskaņoti, ka nākamās paaudzes dzīvnieku izcelsmes materiālu tiešo aizstājēju pārdošana nākamo piecu gadu laikā palielināsies līdz 80% gadā. Kad nākamās paaudzes materiāli atbilst pašreizējās paaudzes materiālu pieejamībai un efektivitātei, nozare var virzīties uz ilgtspējīgāku nākotni.
PAZIŅOJUMS: Šis saturs sākotnēji tika publicēts vietnē faunalytics.org, un tas, iespējams, ne vienmēr atspoguļo Humane Foundationuzskatus.