Zrównoważone materiały nowej generacji: kluczowe możliwości wzrostu i spostrzeżenia rynkowe

Analizy białych przestrzeni to szczegółowe raporty dotyczące istniejących rynków. Identyfikują stan rynku, w tym istniejące produkty, usługi i technologie, które odnoszą sukcesy, a które borykają się z problemami, a także potencjalne luki rynkowe dla przyszłych innowacji i przedsiębiorczości. Niniejsza szczegółowa analiza białej przestrzeni branży „nowej generacji” alternatywnych materiałów pochodzenia zwierzęcego powstała w następstwie raportu o stanie branży z czerwca 2021 r. przygotowanego przez Inicjatywę na rzecz Innowacji Materiałowych. MII to zespół doradców zajmujący się nauką o materiałach nowej generacji i innowacjami. W tym raporcie nawiązali współpracę z firmą The Mills Fabrica, znanym inwestorem w branży materiałów nowej generacji.

Materiały nowej generacji stanowią bezpośrednie zamienniki konwencjonalnych materiałów pochodzenia zwierzęcego, takich jak skóra, jedwab, wełna, futro i puch (lub „materiały dominujące”). Innowatorzy wykorzystują „biomimikrę”, aby skopiować wygląd, dotyk i skuteczność zastępowanych produktów pochodzenia zwierzęcego. Jednak materiały nowej generacji to nie to samo, co alternatywy dla zwierząt „obecnej generacji”, takie jak poliester, akryl i skóra syntetyczna wytwarzana z produktów petrochemicznych, takich jak poliuretan. W materiałach nowej generacji zwykle wykorzystuje się składniki „biopochodne” – a nie tworzywa sztuczne – aby zminimalizować swój ślad węglowy. Materiały pochodzenia biologicznego obejmują drobnoustroje, rośliny i grzyby. Chociaż nie każda część produkcji materiałów nowej generacji jest w całości oparta na biologii, branża dąży do zrównoważonych innowacji poprzez pojawiające się technologie zielonej chemii.

Analiza białych przestrzeni identyfikuje siedem kluczowych możliwości innowacji w branży materiałów nowej generacji.

1. Istnieje kilka materiałów nowej generacji o ograniczonej innowacyjności. Nieproporcjonalna liczba (około 2/3) innowatorów w branży zajmuje się skórą nowej generacji. W rezultacie wełna, jedwab, puch, futra i skóry egzotyczne nowej generacji są niedoinwestowane i niedostatecznie innowacyjne, co zapewnia szerokie możliwości przyszłego wzrostu. W porównaniu z przemysłem skórzanym te inne materiały nowej generacji skutkowałyby mniejszym wolumenem produkcji, ale miałyby potencjał wyższego zysku na jednostkę.
2. W raporcie podkreślono wyzwania związane z zapewnieniem 100% zrównoważonego charakteru ekosystemów nowej generacji. Chociaż przemysł wykorzystuje „surowce”, takie jak odpady rolnicze i produkty mikrobiologiczne, formułowanie tekstyliów nowej generacji często nadal wymaga ropy naftowej i materiałów niebezpiecznych. Szczególne obawy budzi polichlorek winylu i inne polimery na bazie winylu, które często znajdują się w skórze syntetycznej. Pomimo swojej trwałości jest to jeden z najbardziej szkodliwych tworzyw sztucznych ze względu na jego zależność od paliw kopalnych, uwalnianie niebezpiecznych związków, stosowanie szkodliwych plastyfikatorów i niski poziom recyklingu. Poliuretan pochodzenia biologicznego stanowi obiecującą alternatywę, ale jest wciąż w fazie rozwoju. Autorzy sugerują, że innowatorzy i inwestorzy muszą opracować i skomercjalizować biodegradowalne wersje spoiw, powłok, barwników, dodatków i środków wykończeniowych na bazie biologicznej.
3. Zachęcają innowatorów nowej generacji do tworzenia włókien syntetycznych w 100% pochodzenia biologicznego, aby przeciwdziałać stosowaniu poliestru. Obecnie poliester stanowi 55% wszystkich surowców tekstylnych produkowanych rocznie. Ponieważ jest na bazie ropy naftowej, jest uważany za „wroga publicznego numer jeden” w branży zrównoważonej mody . Poliester jest materiałem skomplikowanym, ponieważ obecnie funkcjonuje jako zamiennik „obecnej generacji” materiałów takich jak jedwab i puch. Jest to jednak również ryzyko dla środowiska, ponieważ może uwalniać mikrowłókna do środowiska. W raporcie zaleca się zrównoważone ulepszenia strategii obecnej generacji poprzez rozwój biowłóknów poliestrowych. Trwają prace nad innowacjami mającymi na celu stworzenie poliestru nadającego się do recyklingu, jednak problemem pozostają kwestie biodegradowalności pod koniec życia.
4. Autorzy zachęcają inwestorów i innowatorów do włączania nowych biosurowców do materiałów nowej generacji. Innymi słowy, wzywają do nowych odkryć i technologii w zakresie włókien naturalnych i półsyntetycznych (celulozowych). Włókna roślinne, takie jak bawełna i konopie, stanowią około 30% światowej produkcji włókien. Tymczasem półsyntetyki, takie jak sztuczny jedwab, stanowią ~ 6%. Mimo że włókna te są pozyskiwane z roślin, nadal budzą obawy dotyczące zrównoważonego rozwoju. Na przykład bawełna wykorzystuje 2,5% światowych gruntów ornych, ale wykorzystuje 10% wszystkich chemikaliów rolniczych. Pozostałości rolnicze, takie jak pozostałości po ryżu i palmie olejowej, oferują realne możliwości recyklingu w celu uzyskania użytecznych włókien. Glony, które są 400 razy skuteczniejsze w usuwaniu CO2 z atmosfery niż drzewa, mają również potencjał jako nowe źródło biosurowca.
5. Analiza wymaga większej wszechstronności opcji wycofywania produktów nowej generacji. Według autorów dostawcy, projektanci i producenci nowej generacji mają obowiązek zrozumieć, w jaki sposób dobór materiałów wpływa na los ich produktu. Do 30% zanieczyszczeń mikroplastikami może pochodzić z tekstyliów, które mają różne scenariusze wycofania z eksploatacji. Można je składować na wysypisku śmieci, spalać w celu uzyskania energii lub wyrzucać do środowiska. Bardziej obiecujące opcje obejmują re/upcycling i biodegradację. Innowatorzy powinni pracować w kierunku „gospodarki o obiegu zamkniętym”, w której produkcja, wykorzystanie i utylizacja materiałów pozostają we wzajemnym związku, minimalizując ogólną ilość odpadów. Ponadto materiały powinny nadawać się do recyklingu lub biodegradacji , minimalizując obciążenie dla konsumentów. Potencjalnym graczem w tym obszarze jest kwas polimlekowy (PLA), pochodna sfermentowanej skrobi, która obecnie wykorzystywana jest do produkcji degradowalnych tworzyw sztucznych. Odzież wykonana w 100% z PLA może być dostępna w przyszłości.
6. Autorzy wzywają zespoły badawczo-rozwojowe (R&D) do zwiększania swojej wiedzy specjalistycznej w zakresie podstawowych zasad inżynierii materiałowej. W szczególności badacze i programiści nowej generacji muszą zrozumieć zależności struktura-właściwość. Opanowanie tej zależności umożliwi zespołom badawczo-rozwojowym ocenę, w jaki sposób określone właściwości materiału wpływają na jego działanie oraz w jaki sposób dostroić skład, strukturę i przetwarzanie materiału, aby osiągnąć pożądaną wydajność. Może to pomóc zespołom badawczo-rozwojowym przejść od podejścia „odgórnego” do projektowania materiałów, które podkreśla wygląd i charakter nowatorskiego produktu. Zamiast tego biomimikra może funkcjonować jako „oddolne” podejście do projektowania materiałów, które oprócz estetyki materiałów nowej generacji uwzględnia zrównoważony rozwój i trwałość. Jedną z opcji jest zastosowanie rekombinowanej syntezy białek – wykorzystanie hodowanych w laboratorium komórek zwierzęcych do wyhodowania „skóry” bez samego zwierzęcia. Na przykład „skórę” wyhodowaną w laboratorium można przetwarzać i garbować jak skórę pochodzenia zwierzęcego.
7. Wzywa innowatorów do zwiększenia wykorzystania biotechnologii, szczególnie w obszarze inżynierii komórkowej. Wiele materiałów nowej generacji opiera się na podejściach biotechnologicznych, takich jak wspomniana wyżej skóra laboratoryjna wytwarzana z hodowanych komórek. Autorzy podkreślają, że w miarę postępu biotechnologii w tworzeniu materiałów nowej generacji, innowatorzy powinni mieć na uwadze pięć czynników procesowych: wybrany organizm produkcyjny, sposób dostarczania organizmowi składników odżywczych, jak utrzymać komórki „szczęśliwe” w celu maksymalnego wzrostu, jak zbieranie/przekształcanie w pożądany produkt i zwiększanie skali. Skalowanie, czyli możliwość dostarczenia dużej ilości produktu po rozsądnych kosztach, jest kluczem do przewidywania komercyjnego sukcesu materiału nowej generacji. Może to być trudne i kosztowne w przestrzeniach nowej generacji. Na szczęście istnieje wiele akceleratorów i inkubatorów, które pomagają innowatorom.

Oprócz siedmiu omówionych białych znaków autorzy zalecają, aby przemysł materiałów nowej generacji wyciągnął wnioski z alternatywnego przemysłu białkowego. Wynika to z podobieństwa celów i technologii obu branż. Na przykład innowatorzy nowej generacji mogliby przyjrzeć się wzrostowi grzybni (technologia oparta na grzybach). Alternatywny przemysł białkowy wykorzystuje wzrost grzybni do celów fermentacji spożywczej i precyzyjnej. Jednakże, ze względu na unikalną strukturę i właściwości grzybni, jest ona obiecującą alternatywą dla skóry. Przemysł materiałów nowej generacji, podobnie jak jego alternatywny odpowiednik białkowy, musi również skupić się na kreowaniu popytu konsumenckiego. Jednym ze sposobów, aby to osiągnąć, jest stosowanie przez popularne marki modowe materiałów niezawierających zwierząt.

Ogólnie rzecz biorąc, przemysł materiałów nowej generacji jest obiecujący. Jedno z badań wykazało, że 94% respondentów było otwartych na ich zakup. Autorzy są optymistami, że sprzedaż bezpośrednich zamienników materiałów pochodzenia zwierzęcego nowej generacji będzie rosła w ciągu najbliższych pięciu lat aż o 80% rocznie. Gdy materiały nowej generacji dorównają przystępności cenowej i skuteczności materiałom obecnej generacji, branża będzie mogła stanąć na czele dążenia do bardziej zrównoważonej przyszłości.