Duurzame materialen van de volgende generatie: belangrijke groeimogelijkheden en marktinzichten

Witruimteanalyses zijn gedetailleerde rapporten over bestaande markten. Ze identificeren de toestand van de markt, inclusief welke producten, diensten en technologieën er bestaan, die succesvol zijn, die het moeilijk hebben, en potentiële marktlacunes voor toekomstige innovatie en ondernemerschap. Deze gedetailleerde witruimteanalyse van de ‘next-gen’-industrie voor dierlijke alternatieve materialen werd opgesteld als vervolg op een rapport over de stand van zaken van de sector uit juni 2021 door het Materials Innovation Initiative. MII is een denktank voor materiaalwetenschap en innovatie van de volgende generatie. In dit rapport werkten ze samen met The Mills Fabrica, een bekende investeerder in de next-gen materialenindustrie.

Materialen van de volgende generatie zijn directe vervangingen voor conventionele, op dieren gebaseerde materialen zoals leer, zijde, wol, bont en dons (of ‘bestaande materialen’). Vernieuwers gebruiken ‘biomimicry’ om het uiterlijk, het gevoel en de effectiviteit van de dierlijke producten die worden vervangen te kopiëren. echter niet hetzelfde als de ‘huidige’ dierlijke alternatieven zoals polyester, acryl en synthetisch leer gemaakt van petrochemicaliën zoals polyurethaan. Materialen van de volgende generatie gebruiken doorgaans ‘biogebaseerde’ ingrediënten – en geen plastic – om hun ecologische voetafdruk te minimaliseren. Biogebaseerde materialen omvatten microben, planten en schimmels. Hoewel niet elk onderdeel van de materiaalproductie van de volgende generatie volledig biogebaseerd is, streeft de industrie naar duurzame innovatie via opkomende groene chemietechnologieën.

De white space-analyse identificeert zeven belangrijke kansen voor innovatie in de next-gen materialenindustrie.

1. Er zijn verschillende materialen van de volgende generatie met beperkte innovatie. Een onevenredig groot aantal (ongeveer 2/3) van de vernieuwers in de industrie is betrokken bij de volgende generatie leer. Dit zorgt ervoor dat de volgende generatie wol, zijde, dons, bont en exotische huiden ondergeïnvesteerd en ondergeïnnoveerd wordt, wat volop kansen biedt voor toekomstige groei. Vergeleken met de leerindustrie zouden deze andere materialen van de volgende generatie resulteren in een lager productievolume, maar potentieel voor een hogere winst per eenheid.
2. Het rapport belicht de uitdagingen bij het 100% duurzaam maken van de volgende generatie ecosystemen. Hoewel de industrie ‘grondstoffen’ zoals landbouwafval en microbiële producten verwerkt, vereist de formulering van textiel van de volgende generatie vaak nog steeds aardolie en gevaarlijke materialen. Van bijzonder belang zijn polyvinylchloride en andere op vinyl gebaseerde polymeren, die vaak in synthetisch leer worden aangetroffen. Ondanks zijn duurzaamheid is het een van de meest schadelijke kunststoffen vanwege de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen, de uitstoot van gevaarlijke verbindingen, het gebruik van schadelijke weekmakers en het lage recyclingpercentage. Biobased polyurethaan biedt een veelbelovend alternatief, maar is nog in ontwikkeling. De auteurs suggereren dat innovators en investeerders biogebaseerde, biologisch afbreekbare versies van bindmiddelen, coatings, kleurstoffen, additieven en afwerkingsmiddelen moeten ontwikkelen en commercialiseren.
3. Ze moedigen innovators van de volgende generatie aan om 100% biogebaseerde synthetische vezels te creëren om het gebruik van polyester tegen te gaan. Momenteel is polyester goed voor 55% van alle jaarlijks geproduceerde textielgrondstoffen. Omdat het op aardolie is gebaseerd, wordt het beschouwd als “publieke vijand nummer één” in de duurzame mode-industrie . Polyester is een ingewikkeld materiaal omdat het momenteel functioneert als een ‘huidige’ vervanging voor materialen zoals zijde en dons. Het is echter ook een milieurisico, omdat er microvezels in het milieu terecht kunnen komen. Het rapport pleit voor duurzame verbeteringen van de huidige generatiestrategieën via de ontwikkeling van biogebaseerde polyestervezels. Er zijn momenteel innovaties gaande om recyclebaar polyester te creëren, maar problemen met de biologische afbreekbaarheid aan het einde van de levensduur blijven een punt van zorg.
4. De auteurs moedigen investeerders en innovators aan om nieuwe biogrondstoffen op te nemen in materialen van de volgende generatie. Met andere woorden: ze vragen om nieuwe ontdekkingen en technologieën op het gebied van natuurlijke en semi-synthetische (cellulose)vezels. Plantaardige vezels zoals katoen en hennep vormen ongeveer 30% van de wereldwijde vezelproductie. Ondertussen vormen semi-synthetische stoffen zoals rayon ~6%. Ondanks dat ze uit planten worden gehaald, veroorzaken deze vezels nog steeds duurzaamheidsproblemen. Katoen gebruikt bijvoorbeeld 2,5% van het bouwland in de wereld, maar toch 10% van alle landbouwchemicaliën. Landbouwresiduen, zoals residu van rijst en oliepalm, bieden haalbare opties voor upcycling tot bruikbare vezels. Algen, die 400 keer efficiënter zijn dan bomen in het verwijderen van CO2 uit de atmosfeer, hebben ook potentieel als nieuwe bron van biogrondstof.
5. De analyse roept op tot een grotere veelzijdigheid in de end-of-life-opties van next-gen-producten. Volgens de auteurs hebben leveranciers, ontwerpers en fabrikanten van de volgende generatie de verantwoordelijkheid om te begrijpen hoe materiaalkeuze het lot van hun product beïnvloedt. Tot 30% van de microplasticvervuiling kan afkomstig zijn van textiel, dat verschillende end-of-life-scenario’s kent. Ze kunnen op een stortplaats worden gedumpt, worden verbrand voor energie of in het milieu worden weggegooid. Veelbelovendere opties zijn onder meer re/upcycling en biologische afbraak. Vernieuwers moeten werken aan een ‘circulaire economie’, waarin de productie, het gebruik en de verwijdering van materialen in een wederkerige relatie staan, waardoor de totale verspilling tot een minimum wordt beperkt. gerecycled of kunnen worden een minimum worden beperkt. Een potentiële speler op dit gebied is polymelkzuur (PLA), een gefermenteerd zetmeelderivaat, dat momenteel wordt gebruikt om afbreekbare kunststoffen te maken. In de toekomst kunnen 100% PLA-kledingstukken beschikbaar zijn.
6. De auteurs roepen onderzoeks- en ontwikkelingsteams (R&D) op om hun expertise in de kernprincipes van de materiaalkunde te vergroten. In het bijzonder moeten onderzoekers en ontwikkelaars van de volgende generatie de relaties tussen structuur en eigenschappen begrijpen. Door deze relatie onder de knie te krijgen, kunnen R&D-teams peilen hoe specifieke materiaaleigenschappen de prestaties van een materiaal bepalen en hoe de materiaalsamenstelling, structuur en verwerking kunnen worden verfijnd om de gewenste prestaties te bereiken. Door dit te doen kunnen R&D-teams overstappen van een “top-down”-benadering van materiaalontwerp, waarbij de nadruk wordt gelegd op de look en feel van een nieuw product. In plaats daarvan kan biomimicry functioneren als een ‘bottom-up’-benadering van materiaalontwerp, waarbij naast de esthetiek van de volgende generatie materialen ook rekening wordt gehouden met duurzaamheid en duurzaamheid. Eén optie is het gebruik van recombinante eiwitsynthese – waarbij in een laboratorium gekweekte dierlijke cellen worden gebruikt om ‘huid’ te laten groeien zonder het dier zelf. In het laboratorium gekweekte ‘huid’ kan bijvoorbeeld worden verwerkt en gelooid als leer van dierlijke oorsprong.
7. Het roept vernieuwers op om hun gebruik van biotechnologie op te schalen, met name op het gebied van cellulaire engineering. Veel materialen van de volgende generatie zijn afhankelijk van biotechnologische benaderingen, zoals het eerder genoemde in het laboratorium gekweekte leer gemaakt van gekweekte cellen. De auteurs benadrukken dat naarmate de biotechnologie vooruitgang boekt bij het creëren van materiaal van de volgende generatie, vernieuwers rekening moeten houden met vijf procesoverwegingen: het gekozen productie-organisme, de manier om voedingsstoffen aan het organisme te leveren, hoe de cellen “gelukkig” kunnen worden gehouden voor maximale groei, hoe oogsten/omzetten in het gewenste product en opschalen. Opschaling, of het vermogen om een ​​groot volume van een product tegen redelijke kosten te leveren, is de sleutel tot het voorspellen van het commerciële succes van een next-gen materiaal. Dit doen kan moeilijk en duur zijn in de volgende generatie ruimtes. Gelukkig zijn er een aantal accelerators en incubators beschikbaar om vernieuwers te helpen.

Naast de zeven besproken witte ruimtes bevelen de auteurs aan dat de industrie van de volgende generatie materialen lessen leert van de alternatieve eiwitindustrie. Dit komt door de overeenkomsten tussen de twee industrieën wat betreft doel en technologie. Vernieuwers van de volgende generatie zouden bijvoorbeeld kunnen kijken naar de groei van mycelium (op paddenstoelen gebaseerde technologie). De alternatieve eiwitindustrie maakt gebruik van myceliumgroei voor voedsel en precisiefermentatie. Vanwege de unieke structuur en eigenschappen van mycelium is het echter een veelbelovend alternatief voor leer. De materialenindustrie van de volgende generatie moet zich, net als haar alternatieve eiwittegenhanger, ook richten op het creëren van consumentenvraag. Eén manier om dit te doen is door populaire modemerken diervrije materialen te laten gebruiken.

Over het geheel genomen is de materialenindustrie van de volgende generatie veelbelovend. Uit een onderzoek bleek dat 94% van de respondenten open stond voor de aankoop ervan. De auteurs zijn optimistisch dat de verkoop van directe vervangingen van de volgende generatie voor dierlijke materialen de komende vijf jaar jaarlijks met 80% zal stijgen. Zodra materialen van de volgende generatie overeenkomen met de betaalbaarheid en effectiviteit van materialen van de huidige generatie, kan de industrie het voortouw nemen in het streven naar een duurzamere toekomst.