Nästa generations hållbara material: Viktiga tillväxtmöjligheter och marknadsinblick

White space-analyser är detaljerade rapporter om befintliga marknader. De identifierar tillståndet på marknaden, inklusive vilka produkter, tjänster och teknologier som finns, vilka är framgångsrika, vilka som kämpar och potentiella marknadsluckor för framtida innovation och entreprenörskap. Denna detaljerade blankstegsanalys av "nästa generationens" industrin för alternativa djurmaterial skapades som en uppföljning av en rapport från juni 2021 om branschens tillstånd av Materials Innovation Initiative. MII är en tankesmedja för nästa generations materialvetenskap och innovation. I den här rapporten samarbetade de med The Mills Fabrica, en känd investerare i nästa generations materialindustri.

Nästa generations material är direkta ersättningar för konventionella djurbaserade material som läder, siden, ull, päls och dun (eller "sittande material"). Innovatörer använder "biomimik" för att kopiera utseendet, känslan och effektiviteten hos de animaliska produkterna som ersätts. Men nästa generations material är inte detsamma som "nuvarande generationens" djuralternativ som polyester, akryl och syntetiskt läder gjorda av petrokemikalier som polyuretan. Nästa generations material tenderar att använda "biobaserade" ingredienser - inte plast - för att minimera deras koldioxidavtryck. Biobaserade material inkluderar mikrober, växter och svampar. Även om inte varje del av nästa generations materialproduktion är helt biobaserad, strävar industrin mot hållbar innovation genom framväxande grön kemiteknik.

White space-analysen identifierar sju nyckelmöjligheter för innovation i nästa generations materialindustri.

1. Det finns flera nästa generations material med begränsad innovation. En oproportionerligt stor mängd (ungefär 2/3) av innovatörerna i branschen är involverade i nästa generations läder. Detta lämnar nästa generations ull, siden, dun, päls och exotiska skinn underinvesterade och underinnoverade, vilket ger stora möjligheter för framtida tillväxt. Jämfört med läderindustrin skulle dessa andra nästa generations material resultera i en lägre produktionsvolym men ha potential för högre vinst per enhet.
2. Rapporten belyser utmaningar för att göra nästa generations ekosystem 100 % hållbara. Även om industrin införlivar "råvara" som jordbruksavfall och mikrobiella produkter, kräver formuleringen av nästa generations textilier fortfarande petroleum och farliga material. Särskilt oroande är polyvinylklorid och andra vinylbaserade polymerer, som ofta finns i syntetiskt läder. Trots sin hållbarhet är det en av de mest skadliga plasterna på grund av dess beroende av fossila bränslen, utsläpp av farliga föreningar, användning av skadliga mjukgörare och låg återvinningsgrad. Biobaserad polyuretan erbjuder ett lovande alternativ, men är fortfarande under utveckling. Författarna föreslår att innovatörer och investerare måste utveckla och kommersialisera biobaserade, biologiskt nedbrytbara versioner av bindemedel, beläggningar, färgämnen, tillsatser och efterbehandlingsmedel.
3. De uppmuntrar nästa generations innovatörer att skapa 100 % biobaserade syntetiska fibrer för att motverka användningen av polyester. För närvarande står polyester för 55 % av alla textilråvaror som produceras årligen. Eftersom det är petroleumbaserat anses det som "offentlig fiende nummer ett" i den hållbara modeindustrin . Polyester är ett komplicerat material eftersom det för närvarande fungerar som en "nuvarande" ersättning för material som silke och dun. Det är dock också en miljörisk, eftersom det kan släppa ut mikrofibrer i miljön. Rapporten förespråkar hållbara förbättringar av nuvarande generationsstrategier genom att utveckla biobaserade polyesterfibrer. Aktuella innovationer pågår för att skapa återvinningsbar polyester, men problem med biologisk nedbrytbarhet i slutet av livet är fortfarande ett problem.
4. Författarna uppmuntrar investerare och innovatörer att införliva ny bioråvara i nästa generations material. Med andra ord efterlyser de nya upptäckter och teknologier inom naturliga och halvsyntetiska (cellulosa)fibrer. Växtfibrer som bomull och hampa utgör ~30 % av den globala fiberproduktionen. Samtidigt utgör halvsyntetmaterial som rayon ~6%. Trots att de hämtas från växter orsakar dessa fibrer fortfarande hållbarhetsproblem. Bomull använder till exempel 2,5 % av världens åkermark, men ändå 10 % av alla jordbrukskemikalier. Jordbruksrester, såsom rester från ris och oljepalm, erbjuder livskraftiga alternativ för att återanvända till användbara fibrer. Alger, som är 400 gånger effektivare än träd när det gäller att ta bort CO2 från atmosfären, har också potential som en ny källa till bioråvara.
5. Analysen kräver ökad mångsidighet i nästa generations produkters uttjänta alternativ. Enligt författarna har nästa generations leverantörer, designers och tillverkare ett ansvar att förstå hur materialvalet påverkar deras produkts öde. Upp till 30 % av mikroplastföroreningarna kan härröra från textilier, som har en mängd olika scenarier för uttjänt livslängd. De kan dumpas på en soptipp, brännas för energi eller slängas i miljön. Fler lovande alternativ inkluderar åter-/återvinning och biologisk nedbrytning. Innovatörer bör arbeta mot en "cirkulär ekonomi", där materialproduktion, användning och bortskaffande är i ett ömsesidigt förhållande, vilket minimerar det totala avfallet. antingen kunna återvinnas eller biologiskt nedbrytas, vilket minimerar konsumentbördan. En potentiell aktör inom detta område är polymjölksyra (PLA), ett fermenterat stärkelsederivat, som idag används för att tillverka nedbrytbar plast. 100 % PLA-plagg kan bli tillgängliga i framtiden.
6. Författarna efterlyser forsknings- och utvecklingsteam (FoU) för att öka sin expertis inom materialvetenskapens kärnprinciper. Framför allt måste nästa generations forskare och utvecklare förstå relationer mellan struktur och egendom. Att bemästra detta förhållande kommer att tillåta FoU-team att bedöma hur specifika materialegenskaper informerar ett material prestanda och hur man finjusterar materialsammansättning, struktur och bearbetning för att uppnå önskad prestanda. Att göra det kan hjälpa FoU-team att svänga från en "top-down"-strategi till materialdesign som betonar utseendet och känslan hos en ny produkt. Istället kan biomimik fungera som en "bottom-up"-strategi för materialdesign som tar hänsyn till hållbarhet och hållbarhet utöver nästa generations materials estetik. Ett alternativ är att använda rekombinant proteinsyntes - med hjälp av laboratorieodlade djurceller för att odla "hud" utan själva djuret. Till exempel kan labbodlad "hud" bearbetas och garvas som läder från djur.
7. Det uppmanar innovatörer att skala upp sin användning av bioteknik, särskilt inom området cellulär teknik. Många nästa generations material förlitar sig på biotekniska tillvägagångssätt, såsom det tidigare nämnda labbodlade lädret tillverkat av odlade celler. Författarna betonar att när biotekniken går framåt i nästa generations materialskapande bör innovatörer vara uppmärksamma på fem processöverväganden: den valda produktionsorganismen, sättet att tillföra näringsämnen till organismen, hur man håller cellerna "glada" för maximal tillväxt, hur man skörda/omvandla till önskad produkt, och skala upp. Uppskalning, eller förmågan att leverera en stor volym av en produkt till en rimlig kostnad, är nyckeln till att förutsäga ett nästa generations materials kommersiella framgång. Att göra det kan vara svårt och dyrt i nästa generations utrymmen. Lyckligtvis finns ett antal acceleratorer och inkubatorer tillgängliga för att hjälpa innovatörer.

Utöver de sju vita utrymmena som diskuteras rekommenderar författarna att nästa generations materialindustri tar lärdom av den alternativa proteinindustrin. Detta beror på de två branschernas likheter i syfte och teknik. Till exempel kan nästa generations innovatörer titta på myceltillväxt (svampbaserad teknologi). Den alternativa proteinindustrin använder myceltillväxt för mat och precisionsjäsning. Men på grund av mycelets unika struktur och egenskaper är det ett lovande alternativ till läder. Nästa generations materialindustri måste, liksom sin alternativa proteinmotsvarighet, också fokusera på att skapa efterfrågan från konsumenterna. Ett sätt att göra det är genom att populära modemärken tar till sig djurfria material.

Sammantaget är nästa generations materialindustri lovande. En undersökning visade att 94 % av de tillfrågade var öppna för att köpa dem. Författarna är optimistiska att försäljningen av nästa generations direkta ersättningar för djurbaserade material kommer att öka med upp till 80 % årligen under de kommande fem åren. När nästa generations material matchar prisvärdheten och effektiviteten hos nuvarande generations material, kan industrin gå i spetsen för strävan mot en mer hållbar framtid.