下一代可持續材料：關鍵增長機會和市場見解

空白分析是現有市場的詳細報告。 他們確定市場狀況，包括現有哪些產品、服務和技術，哪些產品、服務和技術正在取得成功，哪些正在苦苦掙扎，以及未來創新和創業的潛在市場差距。 這份對「下一代」動物替代材料產業的詳細空白分析是材料創新倡議2021 年 6 月產業狀況報告 MII 是下一代材料科學和創新的智囊團。 在這份報告中，他們與下一代材料產業的知名投資者 The Mills Fabrica 合作。

下一代材料是傳統動物材料，如皮革、絲綢、羊毛、毛皮和羽絨（或「現有材料」）。 創新者使用「仿生學」來複製被替代的動物產品的外觀、感覺和功效。 然而，下一代材料與「當前一代」動物替代品不同，例如聚酯、丙烯酸和由聚氨酯等石化產品製成的合成皮革。 下一代材料傾向於使用「生物基」成分（而不是塑膠），以盡量減少碳足跡。 生物基材料包括微生物、植物和真菌。 雖然下一代材料生產的每個部分並非完全基於生物，但該行業正在努力透過新興的綠色化學技術實現永續創新。

空白分析確定了下一代材料產業的七個關鍵創新機會。

1. 有幾種下一代材料的創新有限。 該行業中有大量（約 2/3）的創新者參與了下一代皮革的研究。 這使得下一代羊毛、絲綢、羽絨、毛皮和奇異皮革的投資和創新不足，為未來的成長提供了充足的機會。 與皮革產業相比，這些其他下一代材料的產量較低，但單位利潤有可能更高。
2. 該報告強調了使下一代生態系統 100% 可持續的挑戰。 儘管該行業採用了農業廢物和微生物產品等“原料”，但下一代紡織品的配方通常仍需要石油和危險材料。 特別值得關注的是聚氯乙烯和其他乙烯基聚合物，它們經常出現在合成皮革中。 儘管它很耐用，但由於它依賴化石燃料、釋放有害化合物、使用有害增塑劑以及回收率低，因此它是最具破壞性的塑膠之一。 生物基聚氨酯提供了一種有前途的替代品，但仍在開發中。 作者建議創新者和投資者必須開發生物基、可生物降解的黏合劑、塗料、染料、添加劑和整理劑並將其商業化。
3. 他們鼓勵下一代創新者製造 100% 生物基合成纖維，以對抗聚酯的使用。 目前，聚酯佔每年生產的所有紡織原料的55%。 永續時尚產業的「頭號公敵」 。 聚酯是一種複雜的材料，目前它是絲綢和羽絨等材料的「當代」替代品。 然而，它也是一種環境風險，因為它可以將微纖維釋放到環境中。 該報告主張透過開發生物基聚酯纖維來可持續改進當前的策略。 目前的創新正在創造可回收聚酯，但報廢後的生物降解性問題仍然是一個令人擔憂的問題。
4. 作者鼓勵投資者和創新者將新的生物原料融入下一代材料。 換句話說，他們呼籲在天然和半合成（纖維素）纖維方面有新的發現和技術。 棉和大麻等植物纖維約佔全球纖維產量的 30%。 同時，人造絲等半合成材料約佔 6%。 儘管是從植物中提取的，這些纖維仍然引起永續性問題。 例如，棉花消耗了世界耕地的 ​​2.5%，但使用了所有農業化學品的 10%。 農業殘留物，例如稻米和油棕的殘留物，為升級為可用纖維提供了可行的選擇。 藻類清除大氣中二氧化碳的效率是樹木的 400 倍，也有潛力成為新的生物原料來源。
5. 該分析呼籲增加下一代產品報廢選項的多功能性。 作者表示，下一代供應商、設計師和製造商有責任了解材料選擇如何影響其產品的命運。 高達 30% 的微塑膠污染可能源自紡織品，而紡織品的報廢情況多種多樣。 它們可能被傾倒在垃圾掩埋場、燃燒以獲取能源或丟棄在環境中。 更有前途的選擇包括再循環/升級回收和生物降解。 創新者應該致力於“循環經濟”，使材料的生產、使用和處置處於互惠關係，最大限度地減少整體浪費。 此外，材料應該能夠回收或從而最大限度地減少消費者的負擔。 該領域的潛在參與者是聚乳酸（PLA），它是一種發酵澱粉衍生物，目前用於製造可降解塑膠。 未來可能會推出 100% PLA 服裝。
6. 作者呼籲研發 (R&D) 團隊提高他們在材料科學核心原理方面的專業知識。 特別是，下一代研究人員和開發人員必須了解結構-性能關係。 掌握這種關係將使研發團隊能夠衡量特定的材料特性如何影響材料的性能，以及如何微調材料的成分、結構和加工以實現所需的性能。 這樣做可以幫助研發團隊從「自上而下」的材料設計方法轉向強調新穎產品的外觀和感覺。 相反，仿生學可以作為一種「自下而上」的材料設計方法，除了下一代材料的美觀之外，還考慮可持續性和耐用性。 一種選擇是使用重組蛋白質合成——使用實驗室培養的動物細胞在沒有動物本身的情況下生長「皮膚」。 例如，實驗室種植的「皮革」可以像動物皮革一樣進行加工和鞣製。
7. 它呼籲創新者擴大生物技術的使用，特別是在細胞工程領域。 許多下一代材料依賴生物技術方法，例如前面提到的由培養細胞製成的實驗室種植皮革。 作者強調，隨著生物技術在下一代材料創造方面的進步，創新者應該注意五個過程考慮因素：所選的生產有機體、向有機體提供營養的方式、如何讓細胞「快樂」地實現最大生長、如何收穫/轉化為所需的產品，並擴大規模。 擴大規模，或以合理的成本供應大量產品的能力，是預測下一代材料商業成功的關鍵。 在下一代空間中，這樣做可能會很困難且成本高昂。 幸運的是，有許多加速器和孵化器可以幫助創新者。

除了討論的七個空白之外，作者還建議下一代材料產業從替代蛋白質產業中學習。 這是由於兩個行業在目的和技術上的相似之處。 例如，下一代創新者可以研究菌絲生長（基於蘑菇的技術）。 替代蛋白質產業利用菌絲體生長進行食品和精密發酵。 然而，由於菌絲體獨特的結構和特性，它是皮革的有前途的替代品。 下一代材料產業，就像其替代蛋白質產業一樣，也必須專注於創造消費者需求。 一種方法是透過流行時尚品牌採用非動物材料。

整體而言，下一代材料產業前景廣闊。 一項調查顯示，94% 的受訪者願意購買它們。 作者樂觀地認為，未來 5 年內，下一代動物材料直接替代品的銷售量每年將成長 80%。 一旦下一代材料的經濟性和有效性與當前一代材料相匹配，該行業就可以帶頭推動實現更永續的未來。