วัสดุที่ยั่งยืนรุ่นต่อไป: โอกาสในการเติบโตที่สำคัญและข้อมูลเชิงลึกของตลาด

การวิเคราะห์ช่องว่างเป็นรายงานโดยละเอียดเกี่ยวกับตลาดที่มีอยู่ พวกเขาระบุสถานะของตลาด รวมถึงผลิตภัณฑ์ บริการ และเทคโนโลยีที่มีอยู่ ซึ่งกำลังประสบความสำเร็จ ซึ่งกำลังดิ้นรน และช่องว่างทางการตลาดที่อาจเกิดขึ้นสำหรับนวัตกรรมและการเป็นผู้ประกอบการในอนาคต การวิเคราะห์ช่องว่างโดยละเอียดของอุตสาหกรรมวัสดุทดแทนสัตว์ "ยุคใหม่" นี้จัดทำขึ้นตาม รายงานสถานะของอุตสาหกรรมในเดือนมิถุนายน 2021 โดย Materials Innovation Initiative MII คือคลังสมองสำหรับวิทยาศาสตร์วัสดุและนวัตกรรมยุคถัดไป ในรายงานนี้ พวกเขาร่วมมือกับ The Mills Fabrica ซึ่งเป็นนักลงทุนที่มีชื่อเสียงในอุตสาหกรรมวัสดุยุคถัดไป

วัสดุยุคใหม่เป็นการทดแทนโดยตรงสำหรับ วัสดุที่ทำจากสัตว์ เช่น หนัง ผ้าไหม ขนสัตว์ ขนสัตว์ และขนดาวน์ (หรือ "วัสดุที่ใช้ในปัจจุบัน") นักนวัตกรรมใช้ "การเลียนแบบทางชีวภาพ" เพื่อเลียนแบบรูปลักษณ์ ความรู้สึก และประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์จากสัตว์ที่ถูกแทนที่ อย่างไรก็ตาม วัสดุยุคถัดไปไม่เหมือนกับวัสดุทางเลือกสำหรับสัตว์ “ยุคปัจจุบัน” เช่น โพลีเอสเตอร์ อะคริลิค และหนังสังเคราะห์ที่ทำจากปิโตรเคมี เช่น โพลียูรีเทน วัสดุยุคใหม่มีแนวโน้มที่จะใช้ส่วนผสม "ชีวภาพ" ไม่ใช่พลาสติก เพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ วัสดุชีวภาพ ได้แก่ จุลินทรีย์ พืช และเชื้อรา แม้ว่าไม่ใช่ทุกส่วนของการผลิตวัสดุยุคหน้าจะอิงจากวัสดุชีวภาพทั้งหมด แต่อุตสาหกรรมก็มุ่งมั่นที่จะสร้างนวัตกรรมที่ยั่งยืนผ่านเทคโนโลยีเคมีสีเขียวที่เกิดขึ้นใหม่

การวิเคราะห์ช่องว่างระบุโอกาสสำคัญเจ็ดประการสำหรับนวัตกรรมในอุตสาหกรรมวัสดุยุคถัดไป

1. มีวัสดุยุคใหม่หลายอย่างที่มีนวัตกรรมจำกัด จำนวนผู้สร้างสรรค์นวัตกรรมในอุตสาหกรรมที่ไม่สมส่วน (ประมาณ 2/3) เกี่ยวข้องกับหนังเจเนอเรชั่นใหม่ ส่งผลให้ขนสัตว์ ผ้าไหม ขนดาวน์ ขนสัตว์ และหนังแปลกใหม่ในยุคถัดไปอยู่ภายใต้การลงทุนและยังไม่มีนวัตกรรม ทำให้เกิดโอกาสที่เพียงพอสำหรับการเติบโตในอนาคต เมื่อเปรียบเทียบกับอุตสาหกรรมเครื่องหนัง วัสดุยุคหน้าอื่นๆ เหล่านี้จะส่งผลให้ปริมาณการผลิตลดลง แต่มีศักยภาพในการสร้างผลกำไรต่อหน่วยที่สูงขึ้น
2. รายงานฉบับนี้เน้นย้ำถึงความท้าทายในการสร้างระบบนิเวศแห่งอนาคตให้มีความยั่งยืน 100% แม้ว่าอุตสาหกรรมจะรวม "วัตถุดิบ" เช่น ของเสียทางการเกษตรและผลิตภัณฑ์จุลินทรีย์ แต่การกำหนดสูตรของสิ่งทอยุคใหม่มักจะต้องใช้ปิโตรเลียมและวัสดุอันตราย สิ่งที่น่ากังวลเป็นพิเศษคือโพลีไวนิลคลอไรด์และโพลีเมอร์ที่ทำจากไวนิลอื่นๆ ซึ่งมักพบในหนังสังเคราะห์ แม้จะมีความทนทาน แต่ก็เป็นหนึ่งในพลาสติกที่สร้างความเสียหายได้มากที่สุดเนื่องจากการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล การปล่อยสารประกอบอันตราย การใช้พลาสติไซเซอร์ที่เป็นอันตราย และอัตราการรีไซเคิลต่ำ โพลียูรีเทนชีวภาพเป็นทางเลือกใหม่ที่น่าสนใจ แต่ยังอยู่ในการพัฒนา ผู้เขียนแนะนำว่านักสร้างสรรค์นวัตกรรมและนักลงทุนจะต้อง พัฒนาและจำหน่ายสารยึดเกาะ สารเคลือบ สีย้อม สารเติมแต่ง และสารตกแต่งขั้นสุดท้ายที่มีพื้นฐานทางชีวภาพและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
3. พวกเขาสนับสนุนให้นักนวัตกรรมรุ่นใหม่ สร้างเส้นใยสังเคราะห์จากชีวภาพ 100% เพื่อตอบโต้การใช้โพลีเอสเตอร์ ปัจจุบันโพลีเอสเตอร์คิดเป็น 55% ของวัตถุดิบสิ่งทอทั้งหมดที่ผลิตทุกปี เนื่องจากใช้ปิโตรเลียม จึงถือเป็น "ศัตรูสาธารณะหมายเลขหนึ่ง" ใน อุตสาหกรรม แฟชั่นที่ยั่งยืน โพลีเอสเตอร์เป็นวัสดุที่ซับซ้อนซึ่งปัจจุบันทำหน้าที่เป็นวัสดุทดแทน "รุ่นปัจจุบัน" เช่น ผ้าไหมและขนดาวน์ อย่างไรก็ตาม ยังเป็นความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมด้วย เนื่องจากสามารถปล่อยไมโครไฟเบอร์ออกสู่สิ่งแวดล้อมได้ รายงานสนับสนุนการปรับปรุงอย่างยั่งยืนสำหรับกลยุทธ์ยุคปัจจุบันผ่านการพัฒนาเส้นใยโพลีเอสเตอร์จากชีวภาพ นวัตกรรมปัจจุบันอยู่ในระหว่างดำเนินการเพื่อสร้างโพลีเอสเตอร์ที่รีไซเคิลได้ แต่ปัญหาความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานยังคงเป็นข้อกังวล
4. ผู้เขียนสนับสนุนให้นักลงทุนและผู้คิดค้นนวัตกรรม นำวัตถุดิบชีวภาพชนิดใหม่มาใช้กับวัสดุยุคใหม่ กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกเขาเรียกร้องให้มีการค้นพบและเทคโนโลยีใหม่ๆ ในเส้นใยธรรมชาติและกึ่งสังเคราะห์ (เซลลูโลส) เส้นใยพืช เช่น ฝ้ายและปอ คิดเป็นประมาณ 30% ของการผลิตเส้นใยทั่วโลก ในขณะเดียวกัน สารกึ่งสังเคราะห์ เช่น เรยอน คิดเป็น ~6% แม้จะถูกดึงมาจากพืช แต่เส้นใยเหล่านี้ยังคงก่อให้เกิดปัญหาด้านความยั่งยืน ตัวอย่างเช่น ฝ้ายใช้พื้นที่เพาะปลูก 2.5% ของโลก แต่ยังใช้ 10% ของสารเคมีทางการเกษตรทั้งหมด เศษเหลือทางการเกษตร เช่น กากจากข้าวและปาล์มน้ำมัน เสนอทางเลือกที่เป็นไปได้สำหรับการรีไซเคิลเป็นเส้นใยที่ใช้งานได้ สาหร่ายซึ่งมีประสิทธิภาพในการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศมากกว่าต้นไม้ถึง 400 เท่า ยังมีศักยภาพในการเป็นแหล่งวัตถุดิบชีวภาพแห่งใหม่อีกด้วย
5. การวิเคราะห์เรียกร้องให้ เพิ่มความคล่องตัวในตัวเลือกการสิ้นสุดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ยุคถัดไป ตามที่ผู้เขียนระบุ ซัพพลายเออร์ นักออกแบบ และผู้ผลิตรุ่นใหม่มีความรับผิดชอบในการทำความเข้าใจว่าการเลือกใช้วัสดุส่งผลต่อชะตากรรมของผลิตภัณฑ์ของตนอย่างไร มลพิษไมโครพลาสติกมากถึง 30% อาจมาจากสิ่งทอ ซึ่งมีสถานการณ์การสิ้นสุดอายุการใช้งานที่หลากหลาย พวกเขาอาจถูกทิ้งในหลุมฝังกลบ เผาเป็นพลังงาน หรือทิ้งในสิ่งแวดล้อม ทางเลือกที่น่าสนใจอื่นๆ ได้แก่ การนำกลับมาใช้ใหม่และการย่อยสลายทางชีวภาพ นักสร้างสรรค์นวัตกรรมควรทำงานไปสู่ ​​“เศรษฐกิจหมุนเวียน” ซึ่งการผลิต การใช้ และการกำจัดวัสดุมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เพื่อลดของเสียโดยรวมให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้ วัสดุควรสามารถนำไป รีไซเคิล หรือ ได้ เพื่อลดภาระของผู้บริโภค ผู้เล่นที่มีศักยภาพในพื้นที่นี้คือกรดโพลีแลกติก (PLA) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของแป้งหมักซึ่งปัจจุบันใช้ในการผลิตพลาสติกที่ย่อยสลายได้ เสื้อผ้า PLA 100% อาจมีวางจำหน่ายในอนาคต
6. ผู้เขียนเรียกร้องให้ ทีมวิจัยและพัฒนา (R&D) เพิ่มความเชี่ยวชาญในหลักการสำคัญของวัสดุศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งนักวิจัยและนักพัฒนารุ่นต่อไปจะต้องเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและทรัพย์สิน การทำความเข้าใจความสัมพันธ์นี้จะช่วยให้ทีม R&D สามารถวัดได้ว่าคุณสมบัติของวัสดุที่เฉพาะเจาะจงแจ้งประสิทธิภาพของวัสดุอย่างไร และวิธีการปรับแต่งองค์ประกอบ โครงสร้าง และการประมวลผลของวัสดุเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพตามที่ต้องการ การทำเช่นนี้สามารถช่วยให้ทีม R&D เปลี่ยนจากแนวทาง "บนลงล่าง" ไปสู่การออกแบบวัสดุที่เน้นรูปลักษณ์และความรู้สึกของผลิตภัณฑ์ใหม่ การเลียนแบบทางชีวภาพสามารถทำหน้าที่เป็นแนวทาง "จากล่างขึ้นบน" ในการออกแบบวัสดุที่คำนึงถึงความยั่งยืนและความทนทาน นอกเหนือจากความสวยงามของวัสดุยุคถัดไป ทางเลือกหนึ่งคือการใช้การสังเคราะห์โปรตีนรีคอมบิแนนท์ โดยใช้เซลล์สัตว์ที่ปลูกในห้องปฏิบัติการเพื่อสร้าง "ผิวหนัง" โดยไม่มีตัวสัตว์เอง ตัวอย่างเช่น “หนัง” ที่ปลูกในห้องปฏิบัติการสามารถนำมาแปรรูปและฟอกได้เหมือนกับหนังที่มาจากสัตว์
7. โดยเรียกร้องให้นักนวัตกรรม เพิ่มขนาดการใช้เทคโนโลยีชีวภาพ โดยเฉพาะในด้านวิศวกรรมเซลล์ วัสดุยุคใหม่จำนวนมากอาศัยแนวทางเทคโนโลยีชีวภาพ เช่น หนังที่ปลูกในห้องปฏิบัติการดังกล่าวซึ่งทำจากเซลล์เพาะเลี้ยง ผู้เขียนเน้นย้ำว่าในขณะที่เทคโนโลยีชีวภาพก้าวหน้าในการสร้างวัสดุรุ่นต่อไป นักประดิษฐ์ควรคำนึงถึงข้อพิจารณาด้านกระบวนการ 5 ประการ ได้แก่ สิ่งมีชีวิตที่ผลิตที่เลือก วิธีการจัดหาสารอาหารให้กับสิ่งมีชีวิต วิธีทำให้เซลล์ “มีความสุข” เพื่อการเติบโตสูงสุด วิธี เก็บเกี่ยว/แปลงเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการและขยายขนาด การขยายขนาดหรือความสามารถในการจัดหาผลิตภัณฑ์ในปริมาณมากด้วยต้นทุนที่สมเหตุสมผล เป็นกุญแจสำคัญในการคาดการณ์ความสำเร็จเชิงพาณิชย์ของวัสดุยุคถัดไป การทำเช่นนี้อาจเป็นเรื่องยากและมีราคาแพงในพื้นที่รุ่นถัดไป โชคดีที่มีตัวเร่งความเร็วและศูนย์บ่มเพาะจำนวนหนึ่งที่พร้อมช่วยเหลือนักสร้างสรรค์นวัตกรรม

นอกเหนือจากช่องว่างสีขาวทั้งเจ็ดที่กล่าวถึงแล้ว ผู้เขียนยังแนะนำให้อุตสาหกรรมวัสดุยุคถัดไปเรียนรู้บทเรียนจากอุตสาหกรรมโปรตีนทางเลือก เนื่องจากวัตถุประสงค์และเทคโนโลยีของทั้งสองอุตสาหกรรมมีความคล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่น นักนวัตกรรมรุ่นต่อไปอาจพิจารณาการเติบโตของเส้นใย (เทคโนโลยีที่ใช้เห็ด) อุตสาหกรรมโปรตีนทางเลือกใช้การเจริญเติบโตของเส้นใยสำหรับอาหารและการหมักที่แม่นยำ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโครงสร้างและคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของไมซีเลียม จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนหนัง อุตสาหกรรมวัสดุยุคใหม่ เช่นเดียวกับโปรตีนทางเลือก จะต้องมุ่งเน้นที่การสร้างความต้องการของผู้บริโภคด้วย วิธีหนึ่งที่จะทำเช่นนั้นได้คือผ่านทางแบรนด์แฟชั่นยอดนิยมที่ใช้วัสดุปลอดจากสัตว์

โดยรวมแล้ว อุตสาหกรรมวัสดุยุคถัดไปมีแนวโน้มที่ดี การสำรวจครั้งหนึ่งแสดงให้เห็นว่า 94% ของผู้ตอบแบบสอบถามเปิดใจที่จะซื้อสิ่งเหล่านี้ ผู้เขียนมองในแง่ดีว่ายอดขายวัสดุทดแทนโดยตรงสำหรับวัสดุจากสัตว์จะเพิ่มขึ้นถึง 80% ต่อปีในอีกห้าปีข้างหน้า เมื่อวัสดุยุคใหม่ตรงกับความสามารถในการจ่ายและประสิทธิภาพของวัสดุยุคปัจจุบัน อุตสาหกรรมก็สามารถเป็นหัวหอกในการขับเคลื่อนไปสู่อนาคตที่ยั่งยืนมากขึ้น