Materiale durabile de generație următoare: oportunități cheie de creștere și perspective de piață

Analizele spațiilor albe sunt rapoarte detaliate despre piețele existente. Ei identifică starea pieței, inclusiv ce produse, servicii și tehnologii există, care au succes, care se luptă și lacune potențiale ale pieței pentru viitoare inovare și antreprenoriat. Această analiză detaliată a spațiului alb a industriei materialelor alternative animale „de nouă generație” a fost realizată ca urmare a unui raport privind starea industriei din iunie 2021 de către Inițiativa de inovare a materialelor. MII este un think tank pentru știința și inovația materialelor de nouă generație. În acest raport, au colaborat cu The Mills Fabrica, un investitor cunoscut în industria materialelor de nouă generație.

Materialele de ultimă generație sunt înlocuitori directe pentru materialele convenționale de origine animală, cum ar fi pielea, mătasea, lâna, blana și puful (sau „materialele existente”). Inovatorii folosesc „biomimetismul” pentru a copia aspectul, senzația și eficacitatea produselor de origine animală care sunt înlocuite. Cu toate acestea, materialele de nouă generație nu sunt aceleași cu alternativele animale „de generație curentă”, cum ar fi poliesterul, acrilul și pielea sintetică fabricate din produse petrochimice precum poliuretanul. Materialele de ultimă generație tind să folosească ingrediente „bio-bazate” – nu plastic – pentru a minimiza amprenta lor de carbon. Materialele pe bază de bio includ microbi, plante și ciuperci. Deși nu fiecare parte a producției de materiale de ultimă generație este în întregime bazată pe bio, industria se străduiește spre inovare durabilă prin tehnologiile emergente ale chimiei verzi.

Analiza spațiului alb identifică șapte oportunități cheie pentru inovare în industria materialelor de nouă generație.

1. Există mai multe materiale de ultimă generație cu inovații limitate. O cantitate disproporționată (aproximativ 2/3) de inovatori din industrie sunt implicați în pielea de nouă generație. Acest lucru lasă lâna, mătasea, puful, blana și pieile exotice de ultimă generație subinvestite și subinovate, oferind oportunități ample pentru creșterea viitoare. În comparație cu industria de piele, aceste alte materiale de ultimă generație ar avea ca rezultat un volum mai mic de producție, dar au potențial de profit mai mare pe unitate.
2. Raportul evidențiază provocările în realizarea ecosistemelor de nouă generație 100% durabile. Deși industria încorporează „materiile prime”, cum ar fi deșeurile agricole și produsele microbiene, formularea textilelor de ultimă generație necesită adesea petrol și materiale periculoase. O preocupare deosebită sunt clorura de polivinil și alți polimeri pe bază de vinil, care se găsesc adesea în pielea sintetică. În ciuda durabilității sale, este unul dintre cele mai dăunătoare materiale plastice datorită dependenței sale de combustibilii fosili, eliberării de compuși periculoși, utilizării plastifianților nocivi și ratei scăzute de reciclare. Poliuretanul pe bază de bio oferă o alternativă promițătoare, dar este încă în dezvoltare. Autorii sugerează că inovatorii și investitorii trebuie să dezvolte și să comercializeze versiuni biodegradabile de lianți, acoperiri, coloranți, aditivi și agenți de finisare.
3. Aceștia încurajează inovatorii de nouă generație să creeze fibre sintetice 100% pe bază de bio pentru a contracara utilizarea poliesterului. În prezent, poliesterul reprezintă 55% din toate materiile prime textile produse anual. Deoarece se bazează pe petrol, este considerat „inamicul public numărul unu” în industria modei sustenabile . Poliesterul este un material complicat, deoarece funcționează în prezent ca un înlocuitor de „generație curentă” pentru materiale precum mătasea și puful. Cu toate acestea, este și un risc pentru mediu, deoarece poate elibera microfibre în mediu. Raportul pledează pentru îmbunătățiri durabile ale strategiilor de generație actuală prin dezvoltarea fibrelor de poliester pe bază de bio. Inovațiile actuale sunt în proces pentru a crea poliester reciclabil, dar problemele de biodegradabilitate la sfârșitul vieții rămân o preocupare.
4. Autorii încurajează investitorii și inovatorii să încorporeze noi materii prime biologice în materialele de nouă generație. Cu alte cuvinte, solicită noi descoperiri și tehnologii în fibre naturale și semisintetice (celulozice). Fibrele vegetale, cum ar fi bumbacul și cânepa, reprezintă aproximativ 30% din producția globală de fibre. Între timp, semisintetice precum raionul reprezintă ~6%. În ciuda faptului că sunt extrase din plante, aceste fibre încă provoacă probleme de durabilitate. Bumbacul, de exemplu, folosește 2,5% din terenurile arabile ale lumii, dar 10% din toate substanțele chimice agricole. Reziduurile agricole, cum ar fi reziduurile din orez și palmierul de ulei, oferă opțiuni viabile pentru reciclare în fibre utilizabile. Algele, care sunt de 400 de ori mai eficiente decât copacii la eliminarea CO2 din atmosferă, au, de asemenea, potențial ca o nouă sursă de bioalimentare.
5. Analiza solicită o versatilitate sporită în opțiunile de sfârșit de viață ale produselor de ultimă generație. Potrivit autorilor, furnizorii, designerii și producătorii de nouă generație au responsabilitatea de a înțelege modul în care selecția materialelor influențează soarta produsului lor. Până la 30% din poluarea cu microplastic poate avea originea în textile, care au o varietate de scenarii de sfârșit de viață. Acestea pot fi aruncate într-o groapă de gunoi, arse pentru energie sau aruncate în mediu. Opțiunile mai promițătoare includ re/upciclarea și biodegradarea. Inovatorii ar trebui să lucreze spre o „economie circulară”, în care producția, utilizarea și eliminarea materialelor sunt într-o relație reciprocă, reducând la minimum deșeurile generale. În plus, materialele ar trebui să poată fi fie reciclate , fie biodegradate, reducând la minimum povara consumatorului. Un potențial jucător în acest domeniu este acidul polilactic (PLA), un derivat de amidon fermentat, care este utilizat în prezent pentru fabricarea materialelor plastice degradabile. Articolele de îmbrăcăminte 100% PLA pot fi disponibile în viitor.
6. Autorii solicită echipelor de cercetare și dezvoltare (R&D) să-și sporească expertiza în principiile de bază ale științei materialelor. În special, cercetătorii și dezvoltatorii de nouă generație trebuie să înțeleagă relațiile structură-proprietate. Stăpânirea acestei relații va permite echipelor de cercetare și dezvoltare să evalueze modul în care proprietățile specifice ale materialului informează performanța unui material și cum să ajusteze compoziția, structura și procesarea materialului pentru a obține performanța dorită. Procedând astfel, echipele de cercetare și dezvoltare pot trece de la o abordare „de sus în jos” la designul materialelor care subliniază aspectul și senzația unui produs nou. În schimb, biomimetismul poate funcționa ca o abordare „de jos în sus” a designului materialelor care ia în considerare durabilitatea și durabilitatea, pe lângă estetica materialelor de ultimă generație. O opțiune este utilizarea sintezei de proteine ​​recombinate - folosind celule animale crescute în laborator pentru a crește „piele” fără animalul însuși. De exemplu, „pielele” cultivate în laborator ar putea fi prelucrate și tăbăcite ca pielea de origine animală.
7. Acesta solicită inovatorilor să- și extindă utilizarea biotehnologiei, în special în domeniul ingineriei celulare. Multe materiale de ultimă generație se bazează pe abordări biotehnologice, cum ar fi pielea cultivată în laborator, menționată mai sus, din celule cultivate. Autorii subliniază că, pe măsură ce biotehnologia avansează în crearea de materiale de nouă generație, inovatorii ar trebui să țină cont de cinci considerente ale procesului: organismul de producție ales, modul de a furniza nutrienți organismului, cum să menținem celulele „fericite” pentru creșterea maximă, cum să recolta/conversia în produsul dorit și extinderea. Extinderea, sau capacitatea de a furniza un volum mare de produs la un cost rezonabil, este cheia pentru a prezice succesul comercial al unui material de nouă generație. A face acest lucru poate fi dificil și costisitor în spațiile de nouă generație. Din fericire, o serie de acceleratoare și incubatoare sunt disponibile pentru a ajuta inovatorii.

Pe lângă cele șapte spații albe discutate, autorii recomandă ca industria materialelor de nouă generație să învețe lecții din industria proteinelor alternative. Acest lucru se datorează asemănărilor celor două industrii în ceea ce privește scopul și tehnologia. De exemplu, inovatorii de nouă generație ar putea analiza creșterea miceliului (tehnologie bazată pe ciuperci). Industria proteinelor alternative folosește creșterea miceliului pentru alimente și fermentație de precizie. Cu toate acestea, datorită structurii și proprietăților unice ale miceliului, este o alternativă promițătoare la piele. Industria materialelor de ultimă generație, ca și omologul său alternativ de proteine, trebuie să se concentreze și pe crearea cererii consumatorilor. O modalitate de a face acest lucru este prin intermediul mărcilor de modă populare care adoptă materiale fără animale.

În general, industria materialelor de nouă generație este promițătoare. Un sondaj a arătat că 94% dintre respondenți au fost deschiși să le cumpere. Autorii sunt optimiști că vânzările de înlocuitori directe de nouă generație pentru materiale pe bază de animale vor crește cu până la 80% anual în următorii cinci ani. Odată ce materialele de ultimă generație se potrivesc cu accesibilitatea și eficacitatea materialelor de generație actuală, industria poate conduce la un viitor mai durabil.