V dobi, ko trajnost ni več razkošje, temveč nuja, se industrija materialov spreminja v smeri okolju prijaznih inovacij. Najnovejša analiza belega prostora, ki sta jo opravila Material Innovation Initiative (MII) in The Mills Fabrica, se poglablja v rastoče področje materialov naslednje generacije, pri čemer poudarja zmagoslavje in izzive, ki opredeljujejo ta dinamični sektor. Namen teh materialov naslednje generacije je nadomestiti običajne izdelke živalskega izvora, kot so usnje, svila, volna, krzno in puh, s trajnostnimi alternativami, ki posnemajo njihov videz, otip in funkcionalnost. Za razliko od tradicionalnih sintetičnih nadomestkov, narejenih iz petrokemičnih snovi, materiali naslednje generacije izkoriščajo biološke sestavine, kot so mikrobi, rastline in glive, s čimer si prizadevajo zmanjšati svoj ogljični odtis in vpliv na okolje.
Poročilo opredeljuje sedem ključnih priložnosti za rast in inovacije v industriji materialov naslednje generacije. Poudarja potrebo po diverzifikaciji onkraj usnja naslednje generacije, ki trenutno prevladuje na trgu, zaradi česar so drugi materiali, kot so volna, svila in puh, premalo raziskani. Poleg tega analiza poudarja kritično potrebo po popolnoma trajnostnih ekosistemih, kar spodbuja razvoj biološko razgradljivih veziv, premazov in dodatkov za nadomestitev škodljivih petrokemičnih derivatov. Poziv k 100-odstotnim bioosnovanim sintetičnim vlaknom za preprečevanje okoljskih nevarnosti, ki jih predstavlja poliester, dodatno poudarja zavezanost industrije k trajnosti.
Poleg tega poročilo zagovarja vključevanje novih virov biološke surovine, kot so kmetijski ostanki in alge, za ustvarjanje bolj trajnostnih vlaken. Prav tako poudarja pomen vsestranskih možnosti ob koncu življenjske dobe za izdelke naslednje generacije, ki spodbujajo krožno gospodarstvo, kjer je materiale mogoče reciklirati ali biološko razgraditi z minimalnim vplivom na okolje. Analiza poudarja potrebo, da skupine za raziskave in razvoj poglobijo svoje strokovno znanje na področju znanosti o materialih, zlasti pri razumevanju razmerij med strukturo in lastnostjo, da bi povečali učinkovitost in trajnost materialov naslednje generacije. poziva k povečanju biotehnoloških pristopov, kot je celični inženiring, da bi pospešili razvoj laboratorijsko pridelanih materialov.
Medtem ko se industrija materialov naslednje generacije še naprej razvija, ta analiza bele površine služi kot ključni načrt za inovatorje in vlagatelje, ki jih vodi k trajnostnim in donosnim podvigom v prizadevanju za revolucijo na področju materialov.
Povzetek Avtor: Dr. S. Marek Muller | Izvirna študija Avtor: Material Innovation Initiative. (2021) | Objavljeno: 12. julij 2024
Analiza praznega prostora je opredelila trenutne uspehe, težave in priložnosti v industriji materialov »naslednje generacije«.
Analize praznega prostora so podrobna poročila o obstoječih trgih. Ugotavljajo stanje na trgu, vključno s tem, kateri izdelki, storitve in tehnologije obstajajo, kateri so uspešni, kateri so v težavah, ter morebitne tržne vrzeli za prihodnje inovacije in podjetništvo. Ta podrobna analiza praznega prostora industrije živalskih alternativnih materialov »naslednje generacije« je bila oblikovana kot nadaljevanje poročila o stanju v industriji iz junija 2021, ki ga je pripravila Pobuda za inovacije materialov. MII je think tank za znanost o materialih in inovacije naslednje generacije. V tem poročilu so sodelovali z The Mills Fabrica, znanim vlagateljem v industriji materialov naslednje generacije.
Materiali naslednje generacije so neposredna zamenjava za običajne materiale živalskega izvora , kot so usnje, svila, volna, krzno in puh (ali »stari materiali«). Inovatorji uporabljajo »biomimikrijo« za kopiranje videza, občutka in učinkovitosti živalskih proizvodov, ki jih nadomeščajo. Vendar pa materiali naslednje generacije niso enaki živalskim alternativam "trenutne generacije", kot so poliester, akril in sintetično usnje, narejeno iz petrokemičnih snovi, kot je poliuretan. Materiali naslednje generacije običajno uporabljajo sestavine na "biološki osnovi" - ne plastike -, da bi čim bolj zmanjšali svoj ogljični odtis. Biološki materiali vključujejo mikrobe, rastline in glive. Čeprav ni vsak del proizvodnje materialov naslednje generacije v celoti biološki, pa industrija stremi k trajnostnim inovacijam z nastajajočimi tehnologijami zelene kemije.
Analiza praznega prostora identificira sedem ključnih priložnosti za inovacije v industriji materialov naslednje generacije.
- Obstaja več materialov naslednje generacije z omejenimi inovacijami. Nesorazmerno veliko (približno 2/3) inovatorjev v industriji je vključenih v usnje naslednje generacije. Zaradi tega je v volno, svilo, puh, krzno in eksotične kože naslednje generacije premalo vloženih sredstev in inovacij, kar zagotavlja veliko priložnosti za prihodnjo rast. V primerjavi z usnjarsko industrijo bi ti drugi materiali naslednje generacije povzročili manjši obseg proizvodnje, vendar bi imeli potencial za večji dobiček na enoto.
- Poročilo poudarja izzive pri ustvarjanju 100-odstotno trajnostnih ekosistemov naslednje generacije. Čeprav industrija vključuje "surovine", kot so kmetijski odpadki in mikrobni proizvodi, formulacija tekstilij naslednje generacije pogosto še vedno zahteva nafto in nevarne materiale. Posebno zaskrbljujoči so polivinilklorid in drugi polimeri na osnovi vinila, ki jih pogosto najdemo v sintetičnem usnju. Kljub svoji vzdržljivosti je zaradi odvisnosti od fosilnih goriv, sproščanja nevarnih spojin, uporabe škodljivih mehčalcev in nizke stopnje recikliranja ena najbolj škodljivih plastičnih mas. Poliuretan na biološki osnovi ponuja obetavno alternativo, vendar je še v razvoju. Avtorji predlagajo, da morajo inovatorji in investitorji razviti in komercializirati biološko razgradljive različice veziv, premazov, barvil, aditivov in sredstev za dodelavo.
- Spodbujajo inovatorje naslednje generacije, da ustvarijo 100-odstotna sintetična vlakna na biološki osnovi, da preprečijo uporabo poliestra. Trenutno poliester predstavlja 55 % vseh letno proizvedenih tekstilnih surovin. Ker temelji na nafti, velja za "javnega sovražnika številka ena" v trajnostni modni industriji . Poliester je zapleten material, saj trenutno deluje kot nadomestek "trenutne generacije" za materiale, kot sta svila in puh. Je pa tudi okoljsko tveganje, saj lahko v okolje sprosti mikrovlakna. Poročilo zagovarja trajnostne izboljšave strategij trenutne generacije z razvojem poliestrskih vlaken na biološki osnovi. V teku so trenutne inovacije za ustvarjanje poliestra, ki ga je mogoče reciklirati, vendar težave z biorazgradljivostjo ob koncu življenjske dobe ostajajo zaskrbljujoče.
- Avtorji spodbujajo vlagatelje in inovatorje k vključitvi novih bioloških surovin v materiale naslednje generacije. Z drugimi besedami, pozivajo k novim odkritjem in tehnologijam naravnih in polsintetičnih (celuloznih) vlaken. Rastlinska vlakna, kot sta bombaž in konoplja, predstavljajo približno 30 % svetovne proizvodnje vlaken. Medtem polsintetika, kot je rajon, predstavlja ~6 %. Čeprav so ta vlakna pridobljena iz rastlin, še vedno povzročajo pomisleke glede trajnosti. Bombaž, na primer, porabi 2,5 % svetovne obdelovalne zemlje, vendar 10 % vseh kmetijskih kemikalij. Kmetijski ostanki, kot so ostanki riža in oljne palme, ponujajo izvedljive možnosti za predelavo v uporabna vlakna. Alge, ki so 400-krat učinkovitejše od dreves pri odstranjevanju CO2 iz ozračja, imajo tudi potencial kot nov vir biološke surovine.
- Analiza zahteva večjo vsestranskost pri možnostih ob koncu življenjske dobe izdelkov naslednje generacije. Po mnenju avtorjev so dobavitelji, oblikovalci in proizvajalci naslednje generacije odgovorni razumeti, kako izbira materiala vpliva na usodo njihovih izdelkov. Do 30 % onesnaževanja z mikroplastiko lahko izvira iz tekstila, ki ima različne scenarije ob koncu življenjske dobe. Lahko jih odvržemo na odlagališče, sežgemo za pridobivanje energije ali zavržemo v okolje. Bolj obetavne možnosti vključujejo ponovno predelavo in biorazgradnjo. Inovatorji bi morali delovati v smeri »krožnega gospodarstva«, kjer so proizvodnja materiala, uporaba in odlaganje v vzajemnem razmerju, kar zmanjšuje skupne odpadke. Poleg tega mora biti materiale mogoče reciklirati ali , kar zmanjša obremenitev potrošnikov. Potencialni akter na tem področju je polilaktična kislina (PLA), fermentirani škrobni derivat, ki se trenutno uporablja za izdelavo razgradljive plastike. Oblačila iz 100 % PLA bodo morda na voljo v prihodnosti.
- Avtorji pozivajo ekipe za raziskave in razvoj (R&R), da povečajo svoje strokovno znanje o temeljnih načelih znanosti o materialih. Zlasti raziskovalci in razvijalci naslednje generacije morajo razumeti razmerja med strukturo in lastnostjo. Obvladovanje tega razmerja bo ekipam za raziskave in razvoj omogočilo, da ocenijo, kako specifične lastnosti materiala določajo učinkovitost materiala in kako natančno prilagoditi sestavo materiala, strukturo in obdelavo, da dosežejo želeno učinkovitost. To lahko pomaga skupinam za raziskave in razvoj, da se preusmerijo s pristopa »od zgoraj navzdol« k oblikovanju materialov, ki poudarja videz in občutek novega izdelka. Namesto tega lahko biomimikrija deluje kot pristop "od spodaj navzgor" k oblikovanju materialov, ki poleg estetike materialov naslednje generacije upošteva tudi trajnost in vzdržljivost. Ena od možnosti je uporaba rekombinantne sinteze beljakovin - uporaba živalskih celic, vzgojenih v laboratoriju, za gojenje "kože" brez same živali. Na primer, laboratorijsko pridelano "kožo" bi lahko predelali in strojili kot usnje živalskega izvora.
- Inovatorje poziva, naj povečajo uporabo biotehnologije, zlasti na področju celičnega inženiringa. Številni materiali naslednje generacije temeljijo na biotehnoloških pristopih, kot je prej omenjeno laboratorijsko gojeno usnje, izdelano iz gojenih celic. Avtorji poudarjajo, da bi morali biti inovatorji, ko biotehnologija napreduje pri ustvarjanju materiala naslednje generacije, pozorni na pet procesnih dejavnikov: izbrani proizvodni organizem, način oskrbe organizma s hranili, kako ohraniti celice "srečne" za maksimalno rast, kako žetev/pretvorba v želeni izdelek in povečanje obsega. Širjenje ali zmožnost dobave velikega obsega izdelka po razumni ceni je ključnega pomena za napoved komercialnega uspeha materiala naslednje generacije. To je lahko težko in drago v prostorih naslednje generacije. Na srečo so inovatorjem v pomoč številni pospeševalniki in inkubatorji.
Poleg obravnavanih sedmih belih prostorov avtorji priporočajo, da se industrija materialov naslednje generacije nauči izkušenj iz industrije alternativnih beljakovin. To je posledica podobnosti obeh industrij v namenu in tehnologiji. Na primer, inovatorji naslednje generacije bi lahko preučili rast micelija (tehnologija na osnovi gob). Alternativna beljakovinska industrija uporablja rast micelija za hrano in natančno fermentacijo. Vendar pa je zaradi edinstvene strukture in lastnosti micelija obetavna alternativa usnju. Industrija materialov naslednje generacije se mora tako kot njena alternativna proteinska protipostavka osredotočiti tudi na ustvarjanje povpraševanja potrošnikov. Eden od načinov za to je, da priljubljene modne znamke sprejmejo materiale brez živali.
Na splošno je industrija materialov naslednje generacije obetavna. Ena raziskava je pokazala, da jih je 94 % vprašanih pripravljeno kupiti. Avtorji so optimistični, da se bo prodaja neposrednih nadomestkov naslednje generacije za materiale živalskega izvora povečala do 80 % letno v naslednjih petih letih. Ko bodo materiali naslednje generacije dosegli cenovno dostopnost in učinkovitost materialov trenutne generacije, bo industrija lahko vodila prizadevanja za bolj trajnostno prihodnost.
OBVESTILO: Ta vsebina je bila sprva objavljena na faunalytics.org in morda ne odraža nujno stališč Humane Foundation.
