Устойчивые материалы следующего поколения: ключевые возможности роста и рыночное понимание

Анализ пустого пространства представляет собой подробные отчеты о существующих рынках. Они определяют состояние рынка, в том числе, какие продукты, услуги и технологии существуют, какие преуспевают, какие испытывают трудности, а также потенциальные рыночные пробелы для будущих инноваций и предпринимательства. Этот подробный анализ «белого пространства» индустрии альтернативных материалов животного происхождения «следующего поколения» был составлен в продолжение отчета о состоянии отрасли за июнь 2021 года, подготовленного Инициативой по инновациям в области материалов. MII — это аналитический центр, занимающийся материаловедением и инновациями нового поколения. В этом отчете они сотрудничали с The Mills Fabrica, известным инвестором в индустрии материалов нового поколения.

Материалы нового поколения являются прямой заменой традиционных материалов животного происхождения, таких как кожа, шелк, шерсть, мех и пух (или «традиционные материалы»). Новаторы используют «биомимикрию», чтобы копировать внешний вид, ощущения и эффективность заменяемых продуктов животного происхождения. Однако материалы следующего поколения — это не то же самое, что альтернативы животного происхождения «нынешнего поколения», такие как полиэстер, акрил и синтетическая кожа, изготовленная из нефтехимических продуктов, таких как полиуретан. В материалах следующего поколения, как правило, используются ингредиенты «биологического происхождения», а не пластик, чтобы минимизировать выбросы углекислого газа. Биологические материалы включают микробы, растения и грибы. Хотя не все этапы производства материалов нового поколения полностью основаны на биотехнологиях, отрасль стремится к устойчивым инновациям посредством новых технологий зеленой химии.

Анализ «белого пространства» определяет семь ключевых возможностей для инноваций в индустрии материалов следующего поколения.

1. Существует несколько материалов следующего поколения с ограниченными инновациями. Непропорционально большое количество (приблизительно 2/3) новаторов в отрасли занимается производством кожи нового поколения. В результате этого в производство шерсти, шелка, пуха, меха и экзотических шкур нового поколения не инвестируется недостаточно средств и инноваций, что открывает широкие возможности для будущего роста. По сравнению с кожевенной промышленностью, эти другие материалы следующего поколения приведут к меньшему объему производства, но имеют потенциал для более высокой прибыли на единицу продукции.
2. В отчете освещаются проблемы, связанные с обеспечением 100% устойчивости экосистем следующего поколения. Хотя промышленность использует «сырье», такое как сельскохозяйственные отходы и микробные продукты, для производства текстиля нового поколения часто по-прежнему требуется нефть и опасные материалы. Особую озабоченность вызывают поливинилхлорид и другие полимеры на основе винила, которые часто встречаются в синтетической коже. Несмотря на свою долговечность, это один из самых вредных пластиков из-за его зависимости от ископаемого топлива, выделения опасных соединений, использования вредных пластификаторов и низкой скорости переработки. Полиуретан на биологической основе предлагает многообещающую альтернативу, но все еще находится в разработке. Авторы предполагают, что новаторы и инвесторы должны разрабатывать и коммерциализировать биоразлагаемые версии связующих, покрытий, красителей, добавок и отделочных средств на биологической основе.
3. Они поощряют новаторов следующего поколения создавать синтетические волокна на 100% биологической основе, чтобы противостоять использованию полиэстера. В настоящее время полиэстер составляет 55% всего текстильного сырья, производимого ежегодно. Поскольку он основан на нефти, его считают «врагом общества номер один» в индустрии устойчивой моды . Полиэстер — сложный материал, поскольку в настоящее время он служит заменой «современного» материала таким материалам, как шелк и пух. Однако это также представляет риск для окружающей среды, поскольку микроволокна могут попадать в окружающую среду. В докладе содержится призыв к устойчивому улучшению стратегий текущего поколения посредством разработки полиэфирных волокон на биологической основе. В настоящее время разрабатываются инновации для создания перерабатываемого полиэстера, но вопросы биоразложения по окончании срока службы остаются проблемой.
4. Авторы призывают инвесторов и новаторов включать новое биосырье в материалы следующего поколения. Другими словами, они требуют новых открытий и технологий в области натуральных и полусинтетических (целлюлозных) волокон. Растительные волокна, такие как хлопок и конопля, составляют около 30% мирового производства волокна. При этом полусинтетика, такая как вискоза, составляет ~6%. Несмотря на то, что эти волокна получены из растений, они по-прежнему вызывают опасения по поводу устойчивости. Хлопок, например, использует 2,5% пахотных земель в мире, но при этом используется 10% всех сельскохозяйственных химикатов. Сельскохозяйственные отходы, такие как остатки риса и масличной пальмы, предлагают жизнеспособные варианты переработки в пригодные для использования волокна. Водоросли, которые в 400 раз эффективнее деревьев удаляют CO2 из атмосферы, также могут стать новым источником биосырья.
5. Анализ призывает к повышению универсальности вариантов вывода из эксплуатации продуктов следующего поколения. По мнению авторов, поставщики, дизайнеры и производители нового поколения обязаны понимать, как выбор материала влияет на судьбу их продукта. До 30% загрязнения микропластиком может происходить из текстиля, срок службы которого истекает по-разному. Их можно выбросить на свалку, сжечь для получения энергии или выбросить в окружающую среду. Более перспективные варианты включают повторную переработку и биоразложение. Новаторам следует стремиться к «циркулярной экономике», где производство, использование и утилизация материалов находятся во взаимной взаимосвязи, сводя к минимуму общие отходы. Кроме того, материалы должны поддаваться вторичной переработке или биоразложению, что сводит к минимуму нагрузку на потребителя. Потенциальным игроком в этой области является полимолочная кислота (PLA), ферментированное производное крахмала, которое в настоящее время используется для производства разлагаемых пластмасс. В будущем может появиться одежда из 100% PLA.
6. Авторы призывают группы исследований и разработок (НИОКР) расширить свой опыт в основных принципах материаловедения. В частности, исследователи и разработчики нового поколения должны понимать взаимосвязи структура-свойство. Освоение этой взаимосвязи позволит группам исследований и разработок оценить, как конкретные свойства материала влияют на его характеристики и как точно настроить состав, структуру и обработку материала для достижения желаемых характеристик. Это может помочь командам исследований и разработок отказаться от подхода «сверху вниз» к дизайну материалов, который подчеркивает внешний вид нового продукта. Вместо этого биомимикрия может функционировать как подход «снизу вверх» к дизайну материалов, который учитывает устойчивость и долговечность в дополнение к эстетике материалов следующего поколения. Один из вариантов — использовать синтез рекомбинантного белка — использовать выращенные в лаборатории клетки животных для выращивания «кожи» без самого животного. Например, выращенную в лаборатории «шкуру» можно обрабатывать и дублить, как кожу животного происхождения.
7. Это призывает новаторов расширять использование биотехнологий, особенно в области клеточной инженерии. Многие материалы следующего поколения основаны на биотехнологических подходах, например, вышеупомянутая выращенная в лаборатории кожа, изготовленная из культивируемых клеток. Авторы подчеркивают, что по мере развития биотехнологий в создании материалов следующего поколения инноваторам следует учитывать пять аспектов процесса: выбранный организм-производитель, способ снабжения организма питательными веществами, как сделать клетки «счастливыми» для максимального роста, как обеспечить собрать урожай/преобразовать в желаемый продукт и увеличить его масштабы. Масштабирование, или способность поставлять большие объемы продукта по разумной цене, является ключом к прогнозированию коммерческого успеха материала следующего поколения. В пространствах следующего поколения это может быть сложно и дорого. К счастью, существует ряд акселераторов и инкубаторов, которые могут помочь инноваторам.

В дополнение к семи обсуждаемым пробелам авторы рекомендуют индустрии материалов следующего поколения извлечь уроки из индустрии альтернативных белков. Это связано со сходством целей и технологий этих двух отраслей. Например, новаторы следующего поколения могли бы изучить рост мицелия (технология на основе грибов). Альтернативная белковая промышленность использует рост мицелия для производства продуктов питания и прецизионную ферментацию. Однако благодаря уникальной структуре и свойствам мицелия он является многообещающей альтернативой коже. Промышленность материалов нового поколения, как и ее альтернативный аналог белка, также должна сосредоточиться на создании потребительского спроса. Один из способов сделать это — использовать популярные модные бренды, использующие материалы, не содержащие животных.

В целом, индустрия материалов следующего поколения является многообещающей. Одно исследование показало, что 94% респондентов были готовы их купить. Авторы оптимистичны в отношении того, что продажи прямых заменителей материалов животного происхождения следующего поколения будут увеличиваться до 80% ежегодно в течение следующих пяти лет. Как только материалы следующего поколения будут соответствовать доступности и эффективности материалов нынешнего поколения, отрасль сможет возглавить движение к более устойчивому будущему.