Susunod na henerasyon na napapanatiling materyales: Mga pangunahing pagkakataon sa paglago at mga pananaw sa merkado

Ang mga pagsusuri sa white space ay mga detalyadong ulat sa mga umiiral na merkado. Tinutukoy nila ang estado ng merkado, kabilang ang kung anong mga produkto, serbisyo, at teknolohiya ang umiiral, na nagtatagumpay, na nahihirapan, at mga potensyal na puwang sa merkado para sa pagbabago at pagnenegosyo sa hinaharap. Ang detalyadong pagsusuri sa white space na ito ng "next-gen" na industriya ng mga alternatibong materyales ng hayop ay nabuo bilang isang follow-up sa isang state-of-the-industriyang ulat noong Hunyo 2021 ng Materials Innovation Initiative. Ang MII ay isang think tank para sa mga susunod na gen na materyales sa agham at pagbabago. Sa ulat na ito, nakipagsosyo sila sa The Mills Fabrica, isang kilalang mamumuhunan sa industriya ng mga materyales sa susunod na henerasyon.

Ang mga next-gen na materyales ay direktang kapalit para sa mga kumbensyonal na materyales na nakabatay sa hayop tulad ng katad, sutla, lana, balahibo, at pababa (o "mga kasalukuyang materyales"). Gumagamit ang mga innovator ng "biomimicry" upang kopyahin ang hitsura, pakiramdam, at pagiging epektibo ng mga produktong hayop na pinapalitan. Gayunpaman, ang mga next-gen na materyales ay hindi katulad ng mga alternatibong hayop na "current-gen" gaya ng polyester, acrylic, at synthetic leather na gawa sa mga petrochemical tulad ng polyurethane. Ang mga next-gen na materyales ay may posibilidad na gumamit ng "bio-based" na mga sangkap — hindi plastic — upang mabawasan ang kanilang carbon footprint. Ang mga bio-based na materyales ay kinabibilangan ng mga mikrobyo, halaman, at fungi. Bagama't hindi lahat ng bahagi ng next-gen na produksyon ng materyal ay ganap na bio-based, ang industriya ay nagsusumikap tungo sa napapanatiling pagbabago sa pamamagitan ng mga umuusbong na green chemistry na teknolohiya.

Tinutukoy ng pagsusuri ng white space ang pitong pangunahing pagkakataon para sa pagbabago sa industriya ng mga materyales sa susunod na henerasyon.

1. Mayroong ilang mga next-gen na materyales na may limitadong pagbabago. Ang isang hindi katimbang na halaga (humigit-kumulang 2/3) ng mga innovator sa industriya ay kasangkot sa next-gen leather. Nag-iiwan ito ng next-gen wool, silk, down, fur, at mga kakaibang balat na kulang sa pamumuhunan at under-innovated, na nagbibigay ng sapat na pagkakataon para sa paglago sa hinaharap. Kung ikukumpara sa industriya ng katad, ang iba pang mga susunod na henerasyong materyales na ito ay magreresulta sa mas mababang dami ng produksyon ngunit may potensyal para sa mas mataas na kita bawat yunit.
2. Itinatampok ng ulat ang mga hamon sa paggawa ng mga susunod na gen ecosystem na 100% napapanatiling. Bagama't isinasama ng industriya ang "feedstock" tulad ng mga basurang pang-agrikultura at mga produktong microbial, ang pagbabalangkas ng mga susunod na gen na tela ay kadalasang nangangailangan pa rin ng petrolyo at mga mapanganib na materyales. Ang partikular na pag-aalala ay ang polyvinyl chloride at iba pang mga polymer na nakabatay sa vinyl, na kadalasang matatagpuan sa sintetikong katad. Sa kabila ng tibay nito, isa ito sa mga pinakanakakapinsalang plastik dahil sa pag-asa nito sa fossil fuels, pagpapalabas ng mga mapanganib na compound, paggamit ng mga mapaminsalang plasticizer, at mababang rate ng pag-recycle. Ang bio-based polyurethane ay nag-aalok ng isang maaasahang alternatibo, ngunit nasa pag-unlad pa rin. Iminumungkahi ng mga may-akda na ang mga innovator at mamumuhunan ay dapat bumuo at magkomersyal ng bio-based, biodegradable na mga bersyon ng mga binder, coatings, dyes, additives, at finishing agent.
3. Hinihikayat nila ang mga next-gen innovator na lumikha ng 100% bio-based na synthetic fibers upang kontrahin ang paggamit ng polyester. Sa kasalukuyan, ang polyester ay nagkakahalaga ng 55% ng lahat ng mga hilaw na materyales sa tela na ginawa taun-taon. Dahil ito ay nakabatay sa petrolyo, ito ay itinuturing na "public enemy number one" sa sustainable fashion industry . Ang polyester ay isang kumplikadong materyal na ito ay kasalukuyang gumagana bilang isang "kasalukuyang-gen" na kapalit para sa mga materyales tulad ng sutla at pababa. Gayunpaman, ito rin ay isang panganib sa kapaligiran, dahil maaari itong maglabas ng mga microfiber sa kapaligiran. Ang ulat ay nagsusulong para sa napapanatiling mga pagpapabuti sa kasalukuyang-gen na mga diskarte sa pamamagitan ng pagbuo ng bio-based na polyester fibers. Ang mga kasalukuyang inobasyon ay nasa proseso upang lumikha ng nare-recycle na polyester, ngunit nananatiling alalahanin ang mga isyu sa end-of-life biodegradability.
4. Hinihikayat ng mga may-akda ang mga mamumuhunan at innovator na isama ang bagong biofeedstock sa mga susunod na materyal na henerasyon. Sa madaling salita, nananawagan sila para sa mga bagong tuklas at teknolohiya sa natural at semi-synthetic (cellulosic) fibers. Ang mga hibla ng halaman tulad ng cotton at abaka ay bumubuo ng ~30% ng pandaigdigang produksyon ng hibla. Samantala, ang mga semi-synthetic tulad ng rayon ay bumubuo ng ~6%. Sa kabila ng pagiging iginuhit mula sa mga halaman, ang mga hibla na ito ay nagdudulot pa rin ng mga alalahanin sa pagpapanatili. Ang cotton, halimbawa, ay gumagamit ng 2.5% ng lupang taniman ng mundo, ngunit 10% ng lahat ng kemikal na pang-agrikultura. Ang mga nalalabi sa agrikultura, tulad ng nalalabi mula sa bigas at oil palm, ay nag-aalok ng mga mapagpipiliang opsyon para sa pag-upcycling sa magagamit na mga hibla. Ang algae, na 400 beses na mas mahusay kaysa sa mga puno sa pag-alis ng CO2 mula sa atmospera, ay may potensyal din bilang isang bagong mapagkukunan ng biofeedstock.
5. Ang pagsusuri ay tumatawag para sa mas mataas na versatility sa mga susunod na gen na mga produkto ng end-of-life na mga opsyon. Ayon sa mga may-akda, ang mga susunod na henerasyon na mga supplier, taga-disenyo, at mga tagagawa ay may responsibilidad na maunawaan kung paano nakakaapekto ang pagpili ng materyal sa kapalaran ng kanilang produkto. Hanggang sa 30% ng microplastic na polusyon ay maaaring magmula sa mga tela, na may iba't ibang mga end-of-life scenario. Maaari silang itapon sa isang landfill, sunugin para sa enerhiya, o itapon sa kapaligiran. Kasama sa higit pang mga promising na opsyon ang re/upcycling at biodegradation. Ang mga innovator ay dapat magtrabaho patungo sa isang "circular na ekonomiya," kung saan ang produksyon, paggamit, at pagtatapon ng materyal ay nasa isang katumbas na relasyon, na pinapaliit ang kabuuang basura. Bukod pa rito, ang mga materyales ay dapat na ma - recycle o biodegraded, na nagpapaliit sa pasanin ng consumer. Ang isang potensyal na manlalaro sa lugar na ito ay polylactic acid (PLA), isang fermented starch derivative, na kasalukuyang ginagamit upang gumawa ng mga nabubulok na plastik. Maaaring available ang 100% PLA na mga kasuotan sa hinaharap.
6. Nanawagan ang mga may-akda para sa mga pangkat ng pananaliksik at pag-unlad (R&D) upang mapataas ang kanilang kadalubhasaan sa mga pangunahing prinsipyo ng agham ng mga materyales. Sa partikular, dapat na maunawaan ng mga susunod na henerasyong mananaliksik at developer ang mga ugnayang istruktura-pag-aari. Ang pag-master sa ugnayang ito ay magbibigay-daan sa mga R&D team na sukatin kung paano nagbibigay-alam ang mga partikular na katangian ng materyal sa pagganap ng isang materyal at kung paano i-fine-tune ang komposisyon, istraktura, at pagproseso ng materyal upang makamit ang ninanais na pagganap. Ang paggawa nito ay makakatulong sa mga R&D team na mag-pivot mula sa isang "top-down" na diskarte sa disenyo ng mga materyales na nagbibigay-diin sa hitsura at pakiramdam ng isang bagong produkto. Sa halip, maaaring gumana ang biomimicry bilang "bottom-up" na diskarte sa disenyo ng mga materyales na isinasaalang-alang ang pagpapanatili at tibay bilang karagdagan sa mga aesthetics ng mga susunod na henerasyon na materyales. Ang isang opsyon ay ang paggamit ng recombinant protein synthesis — gamit ang lab-grown na mga selula ng hayop upang palaguin ang "balat" nang wala ang hayop mismo. Halimbawa, ang lab-grown "hide" ay maaaring iproseso at tanned tulad ng animal-sourced leather.
7. Nanawagan ito sa mga innovator na palakihin ang kanilang paggamit ng biotechnology, partikular sa loob ng lugar ng cellular engineering. Maraming next-gen na materyales ang umaasa sa biotechnological approach, gaya ng nabanggit na lab-grown leather na ginawa mula sa mga cultured cell. Binibigyang-diin ng mga may-akda na habang sumusulong ang biotechnology sa paggawa ng susunod na henerasyon ng materyal, dapat na alalahanin ng mga innovator ang limang proseso na pagsasaalang-alang: ang napiling organismo ng produksyon, ang paraan upang matustusan ang mga sustansya sa organismo, kung paano mapanatiling "masaya" ang mga selula para sa pinakamataas na paglaki, kung paano ani/convert sa nais na produkto, at scale-up. Ang pag-scale-up, o ang kakayahang mag-supply ng malaking volume ng isang produkto sa isang makatwirang halaga, ay susi sa paghula ng komersyal na tagumpay ng susunod na gen na materyal. Ang paggawa nito ay maaaring maging mahirap at magastos sa mga susunod na gen space. Sa kabutihang palad, maraming mga accelerator at incubator ang magagamit upang matulungan ang mga innovator.

Bilang karagdagan sa pitong puting puwang na tinalakay, inirerekomenda ng mga may-akda na ang industriya ng mga materyales sa susunod na henerasyon ay natututo ng mga aralin mula sa alternatibong industriya ng protina. Ito ay dahil sa pagkakatulad ng dalawang industriya sa layunin at teknolohiya. Halimbawa, ang mga next-gen innovator ay maaaring tumingin sa mycelial growth (mushroom-based na teknolohiya). Ang alternatibong industriya ng protina ay gumagamit ng mycelial growth para sa pagkain at precision fermentation. Gayunpaman, dahil sa kakaibang istraktura at mga katangian ng mycelium, ito ay isang promising alternative sa leather. Ang industriya ng mga materyales sa susunod na henerasyon, tulad ng alternatibong katapat nitong protina, ay dapat ding tumuon sa paglikha ng demand ng consumer. Ang isang paraan upang gawin ito ay sa pamamagitan ng mga sikat na tatak ng fashion na gumagamit ng mga materyal na walang hayop.

Sa pangkalahatan, ang industriya ng mga materyales sa susunod na henerasyon ay may pag-asa. Isang survey ang nagpakita na 94% ng mga respondent ay bukas sa pagbili ng mga ito. Ang mga may-akda ay maasahin sa mabuti na ang mga benta ng mga susunod na henerasyong direktang kapalit para sa mga materyales na nakabatay sa hayop ay tataas ng hanggang 80% taun-taon sa susunod na limang taon. Sa sandaling tumugma ang mga next-gen na materyales sa affordability at pagiging epektibo ng mga kasalukuyang-gen na materyales, maaaring pangunahan ng industriya ang drive tungo sa mas napapanatiling hinaharap.