Одрживи материјали следеће генерације: кључне могућности раста и увиде на тржиште

Анализе белог простора су детаљни извештаји о постојећим тржиштима. Они идентификују стање на тржишту, укључујући производе, услуге и технологије који постоје, који су успешни, који се боре, и потенцијалне тржишне празнине за будуће иновације и предузетништво. Ова детаљна анализа белог простора индустрије алтернативних животињских материјала „следеће генерације“ формирана је као наставак извештаја о стању индустрије из јуна 2021. од стране Иницијативе за иновације материјала. МИИ је истраживачки центар за науку о материјалима и иновације следеће генерације. У овом извештају су се удружили са Тхе Миллс Фабрица, познатим инвеститором у индустрију материјала следеће генерације.

Материјали следеће генерације су директне замене за конвенционалне материјале засноване на животињама као што су кожа, свила, вуна, крзно и паперје (или „трајни материјали“). Иноватори користе „биомимикрију“ да копирају изглед, осећај и ефикасност животињских производа који се замењују. Међутим, материјали следеће генерације нису исто што и животињске алтернативе „тренутне генерације“, као што су полиестер, акрил и синтетичка кожа направљена од петрохемикалија као што је полиуретан. Материјали следеће генерације имају тенденцију да користе састојке на „био-базираним“ – а не пластику – како би минимизирали свој угљенични отисак. Материјали на бази биологије укључују микробе, биљке и гљиве. Иако није сваки део производње материјала следеће генерације у потпуности био заснован, индустрија тежи ка одрживим иновацијама кроз нове технологије зелене хемије.

Анализа белог простора идентификује седам кључних могућности за иновације у индустрији материјала следеће генерације.

1. Постоји неколико материјала следеће генерације са ограниченим иновацијама. Несразмерно велики број (отприлике 2/3) иноватора у индустрији је укључен у кожу следеће генерације. Ово оставља вуну, свилу, паперје, крзно и егзотичне коже следеће генерације недовољно уложене и недовољно иновативне, пружајући широке могућности за будући раст. У поређењу са индустријом коже, ови други материјали следеће генерације би резултирали мањим обимом производње, али би имали потенцијал за већи профит по јединици.
2. Извештај наглашава изазове у томе да екосистеми следеће генерације буду 100% одрживи. Иако индустрија укључује „сировину“ као што су пољопривредни отпад и микробиолошки производи, формулација текстила следеће генерације често и даље захтева нафту и опасне материјале. Посебно забрињавају поливинилхлорид и други полимери на бази винила, који се често налазе у синтетичкој кожи. Упркос својој издржљивости, то је једна од најштетнијих пластика због ослањања на фосилна горива, ослобађања опасних једињења, употребе штетних пластификатора и ниске стопе рециклирања. Полиуретан на биолошкој бази нуди обећавајућу алтернативу, али је још увек у развоју. Аутори сугеришу да иноватори и инвеститори морају развити и комерцијализовати биоразградиве верзије везива, премаза, боја, адитива и средстава за завршну обраду.
3. Они охрабрују иноваторе следеће генерације да креирају 100% синтетичка влакна на бази биологије како би се супротставили употреби полиестера. Тренутно, полиестер чини 55% свих текстилних сировина произведених годишње. Пошто је базиран на нафти, сматра се „јавним непријатељем број један“ у одрживој модној индустрији . Полиестер је компликован материјал јер тренутно функционише као замена „тренутне генерације“ за материјале као што су свила и паперје. Међутим, то је и ризик за животну средину, јер може да испусти микровлакна у животну средину. Извештај се залаже за одржива побољшања стратегија садашње генерације кроз развој полиестерских влакана на бази биологије. Тренутне иновације су у процесу стварања полиестера који се може рециклирати, али проблеми биоразградљивости на крају животног века остају забринути.
4. Аутори подстичу инвеститоре и иноваторе да уграде нову биосировину у материјале следеће генерације. Другим речима, позивају на нова открића и технологије у природним и полусинтетичким (целулозним) влакнима. Биљна влакна као што су памук и конопља чине ~30% глобалне производње влакана. У међувремену, полусинтетика попут рајона чини ~6%. Упркос томе што су извучена из биљака, ова влакна и даље изазивају забринутост у погледу одрживости. Памук, на пример, користи 2,5% светске обрадиве земље, али 10% свих пољопривредних хемикалија. Пољопривредни остаци, као што су остаци од пиринча и уљане палме, нуде одрживе опције за прераду у употребљива влакна. Алге, које су 400 пута ефикасније од дрвећа у уклањању ЦО2 из атмосфере, такође имају потенцијал као нови извор биолошке сировине.
5. Анализа позива на повећану свестраност у опцијама на крају животног века производа следеће генерације. Према ауторима, добављачи, дизајнери и произвођачи следеће генерације имају одговорност да разумеју како избор материјала утиче на судбину њиховог производа. До 30% загађења микропластиком може настати у текстилу, који има различите сценарије на крају животног века. Могу се одложити на депонију, спалити за добијање енергије или одложити у животну средину. Више обећавајуће опције укључују поновно рециклирање и биоразградњу. Иноватори би требало да раде ка „циркуларној економији“, где су производња, употреба и одлагање материјала у узајамном односу, минимизирајући укупни отпад. Поред тога, материјали би требало да буду у могућности да се рециклирају или биолошки разграђују , што смањује оптерећење потрошача. Потенцијални играч у овој области је полимлечна киселина (ПЛА), ферментисани дериват скроба, који се тренутно користи за прављење разградиве пластике. Одећа од 100% ПЛА може бити доступна у будућности.
6. Аутори позивају тимове за истраживање и развој (Р&Д) да повећају своју стручност у основним принципима науке о материјалима. Конкретно, истраживачи и програмери следеће генерације морају разумети односе структуре и својства. Овладавање овим односом ће омогућити тимовима за истраживање и развој да процене како специфична својства материјала утичу на перформансе материјала и како да фино подесе састав, структуру и обраду материјала како би постигли жељене перформансе. То може помоћи тимовима за истраживање и развој да се окрену са приступа „одозго надоле“ ка дизајну материјала који наглашава изглед и осећај новог производа. Уместо тога, биомимикрија може да функционише као приступ „одоздо према горе“ дизајну материјала који узима у обзир одрживост и издржљивост поред естетике материјала следеће генерације. Једна од опција је употреба рекомбинантне синтезе протеина - коришћењем животињских ћелија узгојених у лабораторији за раст „коже“ без саме животиње. На пример, „кожа“ узгојена у лабораторији могла би се обрадити и штавлити попут коже животињског порекла.
7. Она позива иноваторе да повећају своју употребу биотехнологије, посебно у области ћелијског инжењеринга. Многи материјали следеће генерације ослањају се на биотехнолошке приступе, као што је претходно поменута кожа узгојена у лабораторији направљена од култивисаних ћелија. Аутори наглашавају да како биотехнологија напредује у стварању материјала следеће генерације, иноватори би требало да имају на уму пет процесних разматрања: изабрани производни организам, начин снабдевања хранљивим материјама организму, како одржати ћелије „срећним“ за максимални раст, како да берба/конвертовање у жељени производ и повећање. Повећање, или могућност испоруке велике количине производа по разумној цени, кључна је за предвиђање комерцијалног успеха материјала следеће генерације. То може бити тешко и скупо у просторима следеће генерације. Срећом, бројни акцелератори и инкубатори су доступни за помоћ иноваторима.

Поред седам белих простора о којима се говори, аутори препоручују да индустрија материјала следеће генерације научи лекције из индустрије алтернативних протеина. То је због сличности две индустрије у намени и технологији. На пример, иноватори следеће генерације могли би да се баве растом мицелија (технологија заснована на печуркама). Индустрија алтернативних протеина користи раст мицелија за храну и прецизну ферментацију. Међутим, због јединствене структуре и својстава мицелијума, он је обећавајућа алтернатива кожи. Индустрија материјала следеће генерације, као и њен алтернативни протеински колега, такође мора да се фокусира на стварање потражње потрошача. Један од начина да се то уради је да популарни модни брендови усвајају материјале без животиња.

Све у свему, индустрија материјала следеће генерације обећава. Једна анкета је показала да је 94% испитаника отворено да их купи. Аутори су оптимистични да ће се продаја директних замена следеће генерације за материјале животињског порекла повећати до 80% годишње у наредних пет година. Једном када материјали следеће генерације буду одговарали приступачности и ефикасности материјала садашње генерације, индустрија може да предводи пут ка одрживијој будућности.