Udržateľné materiály novej generácie: Kľúčové príležitosti na rast a poznatky o trhu

Analýzy bielych miest sú podrobné správy o existujúcich trhoch. Identifikujú stav trhu vrátane toho, aké produkty, služby a technológie existujú, ktoré sú úspešné, ktoré majú problémy, a potenciálne trhové medzery pre budúce inovácie a podnikanie. Táto podrobná analýza bieleho priestoru „next-gen“ priemyslu živočíšnych alternatívnych materiálov bola vytvorená v nadväznosti na správu o stave priemyslu z júna 2021, ktorú vydala Iniciatíva pre inováciu materiálov. MII je think tank pre vedu o materiáloch a inovácie novej generácie. V tejto správe sa spojili s The Mills Fabrica, známym investorom v odvetví materiálov novej generácie.

Materiály novej generácie sú priamou náhradou konvenčných materiálov na báze zvierat , ako je koža, hodváb, vlna, kožušina a páperie (alebo „zavedené materiály“). Inovátori používajú „biomimikry“ na kopírovanie vzhľadu, pocitu a účinnosti nahrádzaných živočíšnych produktov. však nie sú rovnaké ako „súčasné“ zvieracie alternatívy, ako je polyester, akryl a syntetická koža vyrobená z petrochemických produktov, ako je polyuretán. Materiály novej generácie majú tendenciu používať prísady na „biologickej báze“ – nie plastové – aby sa minimalizovala ich uhlíková stopa. Materiály na biologickej báze zahŕňajú mikróby, rastliny a huby. Aj keď nie každá časť výroby materiálov novej generácie je úplne založená na biologickom základe, priemysel sa snaží o udržateľnú inováciu prostredníctvom nových technológií zelenej chémie.

Analýza bieleho priestoru identifikuje sedem kľúčových príležitostí pre inovácie v priemysle materiálov novej generácie.

1. Existuje niekoľko materiálov novej generácie s obmedzenými inováciami. Neúmerné množstvo (približne 2/3) inovátorov v tomto odvetví sa podieľa na koži novej generácie. Vďaka tomu sú vlna, hodváb, páperie, kožušina a exotické kože nedostatočne investované a nedostatočne inovované, čo poskytuje dostatok príležitostí pre budúci rast. V porovnaní s kožiarskym priemyslom by tieto ďalšie materiály novej generácie viedli k nižšiemu objemu výroby, ale mali by potenciál vyššieho zisku na jednotku.
2. Správa poukazuje na výzvy pri zabezpečovaní 100% udržateľnosti ekosystémov novej generácie. Hoci priemysel zahŕňa „východiskové suroviny“, ako sú poľnohospodársky odpad a mikrobiálne produkty, formulácia textílií novej generácie si často stále vyžaduje ropu a nebezpečné materiály. Obzvlášť znepokojujúce sú polyvinylchlorid a iné polyméry na báze vinylu, ktoré sa často nachádzajú v syntetickej koži. Napriek svojej trvanlivosti je to jeden z najškodlivejších plastov vďaka svojej závislosti na fosílnych palivách, uvoľňovaniu nebezpečných zlúčenín, používaniu škodlivých zmäkčovadiel a nízkej miere recyklácie. Polyuretán na bio báze ponúka sľubnú alternatívu, ale je stále vo vývoji. Autori naznačujú, že inovátori a investori musia vyvinúť a komercializovať biologické, biologicky odbúrateľné verzie spojív, náterov, farbív, prísad a činidiel na konečnú úpravu.
3. Povzbudzujú inovátorov novej generácie, aby vytvorili 100% syntetické vlákna na bio báze, aby zabránili použitiu polyesteru. V súčasnosti tvorí polyester 55 % všetkých ročne vyrobených textilných surovín. Pretože je vyrobený z ropy, je považovaný za „verejného nepriateľa číslo jedna“ v udržateľnom módnom priemysle . Polyester je komplikovaný materiál v tom, že v súčasnosti funguje ako náhrada za materiály ako hodváb a páperie. Je to však aj environmentálne riziko, pretože môže uvoľňovať mikrovlákna do životného prostredia. Správa obhajuje trvalo udržateľné zlepšenia stratégií súčasnej generácie prostredníctvom vývoja polyesterových vlákien na bio báze. Súčasné inovácie sú v procese vytvárania recyklovateľného polyesteru, ale problémy s biologickou odbúrateľnosťou na konci životnosti zostávajú problémom.
4. Autori povzbudzujú investorov a inovátorov, aby začlenili nové bioprodukty do materiálov novej generácie. Inými slovami, volajú po nových objavoch a technológiách v oblasti prírodných a polosyntetických (celulózových) vlákien. Rastlinné vlákna ako bavlna a konope tvoria ~ 30 % celosvetovej produkcie vlákien. Medzitým polosyntetické materiály ako hodváb tvoria ~6%. Napriek tomu, že sa získavajú z rastlín, tieto vlákna stále spôsobujú obavy z udržateľnosti. Bavlna napríklad využíva 2,5 % svetovej ornej pôdy, ale 10 % všetkých poľnohospodárskych chemikálií. Poľnohospodárske zvyšky, ako sú zvyšky z ryže a palmy olejnej, ponúkajú životaschopné možnosti pre recykláciu na použiteľné vlákna. Riasy, ktoré sú 400-krát účinnejšie ako stromy pri odstraňovaní CO2 z atmosféry, majú tiež potenciál ako nový zdroj bioproduktov.
5. Analýza si vyžaduje zvýšenú všestrannosť pri možnostiach ukončenia životnosti produktov novej generácie. Podľa autorov sú dodávatelia, dizajnéri a výrobcovia novej generácie zodpovední za pochopenie toho, ako výber materiálu ovplyvňuje osud ich produktu. Až 30 % znečistenia mikroplastami môže pochádzať z textílií, ktoré majú rôzne scenáre konca životnosti. Môžu byť uložené na skládke, spálené na energiu alebo odhodené do životného prostredia. Sľubnejšie možnosti zahŕňajú re/upcykláciu a biodegradáciu. Inovátori by mali pracovať na „obehovom hospodárstve“, kde výroba, používanie a likvidácia materiálu sú vo vzájomnom vzťahu, čím sa minimalizuje celkový odpad. Okrem toho by sa materiály mali dať recyklovať alebo čím by sa minimalizovala záťaž spotrebiteľov. Potenciálnym hráčom v tejto oblasti je kyselina polymliečna (PLA), fermentovaný derivát škrobu, ktorý sa v súčasnosti používa na výrobu rozložiteľných plastov. Odevy zo 100% PLA môžu byť dostupné v budúcnosti.
6. Autori vyzývajú tímy výskumu a vývoja (R&D), aby zvýšili svoju odbornosť v základných princípoch materiálovej vedy. Najmä výskumníci a vývojári novej generácie musia pochopiť vzťahy medzi štruktúrou a vlastnosťami. Zvládnutie tohto vzťahu umožní tímom výskumu a vývoja zmerať, ako špecifické vlastnosti materiálu ovplyvňujú výkon materiálu a ako doladiť materiálové zloženie, štruktúru a spracovanie na dosiahnutie požadovaného výkonu. Pomôže to tímom výskumu a vývoja prejsť od prístupu „zhora nadol“ k materiálovému dizajnu, ktorý zdôrazňuje vzhľad a dojem z nového produktu. Namiesto toho môže biomimikry fungovať ako prístup „zdola nahor“ k dizajnu materiálov, ktorý okrem estetiky materiálov novej generácie zohľadňuje udržateľnosť a odolnosť. Jednou z možností je použitie rekombinantnej syntézy proteínov – pomocou laboratórnych živočíšnych buniek na pestovanie „kože“ bez samotného zvieraťa. Napríklad „koža“ vypestovaná v laboratóriu sa dá spracovať a vyčiniť ako koža zo zvierat.
7. Vyzýva inovátorov, aby zintenzívnili využívanie biotechnológií, najmä v oblasti bunkového inžinierstva. Mnohé materiály novej generácie sa spoliehajú na biotechnologické prístupy, ako napríklad vyššie uvedená koža pestovaná v laboratóriu vyrobená z kultivovaných buniek. Autori zdôrazňujú, že ako biotechnológia napreduje vo vytváraní materiálov novej generácie, inovátori by mali mať na pamäti päť procesných hľadísk: zvolený produkčný organizmus, spôsob dodania živín do organizmu, ako udržať bunky „šťastné“ pre maximálny rast, ako zber/konvertovanie na požadovaný produkt a zväčšovanie. Zväčšenie alebo schopnosť dodať veľký objem produktu za rozumnú cenu je kľúčom k predpovedaniu komerčného úspechu materiálu novej generácie. V priestoroch novej generácie to môže byť ťažké a drahé. Našťastie je k dispozícii množstvo urýchľovačov a inkubátorov, ktoré inovátorom pomáhajú.

Okrem siedmich diskutovaných bielych miest autori odporúčajú, aby sa priemysel materiálov novej generácie poučil z odvetvia alternatívnych proteínov. Je to kvôli podobnosti týchto dvoch odvetví v účele a technológii. Napríklad inovátori novej generácie by sa mohli pozrieť na rast mycélia (technológia založená na hubách). Alternatívny proteínový priemysel využíva rast mycélia na výrobu potravín a presnú fermentáciu. Avšak kvôli jedinečnej štruktúre a vlastnostiam mycélia je to sľubná alternatíva ku koži. Odvetvie materiálov novej generácie, podobne ako jeho alternatívny proteínový náprotivok, sa musí zamerať aj na vytváranie spotrebiteľského dopytu. Jedným zo spôsobov, ako to urobiť, je prostredníctvom populárnych módnych značiek, ktoré používajú materiály bez zvierat.

Celkovo je priemysel materiálov novej generácie sľubný. Jeden prieskum ukázal, že 94 % respondentov bolo otvorených ich nákupu. Autori sú optimistickí, že predaj priamych náhrad za živočíšne materiály novej generácie sa v priebehu nasledujúcich piatich rokov zvýši až o 80 % ročne. Keď sa materiály novej generácie vyrovnajú cenovej dostupnosti a účinnosti materiálov súčasnej generácie, priemysel môže viesť k udržateľnejšej budúcnosti.