Chuyển đổi kép trong các nhà máy sản xuất Việt Nam: Ứng dụng tự động hóa và số hóa hướng tới mục tiêu Net Zero

TS. Trần Đức Thuận

Trường Đại học Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh

Email: thuantd@huit.edu.vn

Tóm tắt

Cam kết đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 đặt ra yêu cầu cấp thiết đối với quá trình chuyển đổi mô hình sản xuất công nghiệp tại Việt Nam. Nghiên cứu phân tích vai trò của đổi mới, sáng tạo trong triển khai mô hình chuyển đổi kép, dựa trên sự tích hợp giữa tự động hóa vận hành và số hóa quản trị nhằm tối ưu hóa sử dụng năng lượng và giảm phát thải. Bằng phương pháp nghiên cứu định tính, kết hợp phân tích dữ liệu thứ cấp và nghiên cứu đa tình huống tại 2 doanh nghiệp là LEGO Bình Dương và Tập đoàn Hòa Phát, nghiên cứu làm rõ ba cơ chế tác động chủ yếu của tự động hóa xanh, gồm: tiết kiệm năng lượng chủ động, sản xuất không phế phẩm và tích hợp, điều phối năng lượng tái tạo thông minh. Kết quả nghiên cứu chỉ ra tình trạng chưa đồng bộ giữa năng lực công nghệ, tự động hóa và số hóa tại nhiều nhà máy sản xuất ở Việt Nam. Từ đó, nghiên cứu đề xuất lộ trình chuyển đổi kép theo 3 giai đoạn phù hợp với điều kiện của doanh nghiệp, đồng thời đưa ra một số khuyến nghị chính sách nhằm thúc đẩy quá trình chuyển đổi xanh và số hóa trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp.

Từ khóa: Chuyển đổi kép, nhà máy thông minh, tối ưu hóa năng lượng, tự động hóa xanh, Net Zero

Abstract

The commitment to achieving net-zero emissions by 2050 places an urgent requirement on the transformation of industrial production models in Viet Nam. This study analyzes the role of innovation and creativity in implementing the dual transition model, which integrates operational automation and management digitalization to optimize energy use and reduce emissions. Using a qualitative research approach, combined with secondary data analysis and a multiple-case study of two enterprises, LEGO Binh Duong and Hoa Phat Group, the study identifies three major mechanisms through which green automation generates impacts, including proactive energy savings, zero-waste production and integration, and smart integration and coordination of renewable energy. The findings indicate a lack of synchronization among technological capabilities, automation, and digitalization across many manufacturing plants in Viet Nam. Accordingly, the study proposes a three-stage dual transition roadmap tailored to enterprise conditions and provides several policy recommendations to promote the green transition and digitalization in industrial manufacturing.

Keywords: Dual transition, smart factory, energy optimization, green automation, Net Zero

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, cam kết đạt mức phát thải ròng bằng không (Net Zero) vào năm 2050 của Việt Nam tại Hội nghị COP26 đã đặt ngành sản xuất, chế tạo trước yêu cầu chuyển đổi mang tính chiến lược. Ngành công nghiệp, vốn là động lực tăng trưởng kinh tế quan trọng, đồng thời là lĩnh vực tiêu thụ lượng lớn năng lượng và phát sinh đáng kể khí nhà kính (GHG), bao gồm phát thải trực tiếp từ quá trình vận hành và phát thải gián tiếp từ điện năng tiêu thụ.

Bên cạnh yêu cầu từ chính sách trong nước, các rào cản thương mại quốc tế mới như Cơ chế điều chỉnh biên giới carbon (CBAM) của Liên minh châu Âu và các tiêu chuẩn khắt khe về môi trường, xã hội và quản trị (ESG) trong chuỗi cung ứng toàn cầu đang thúc đẩy các nhà máy sản xuất tại Việt Nam phải chuyển đổi mô hình. Việc chậm “xanh hóa” sản xuất có thể làm suy giảm năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường xuất khẩu.

Tuy nhiên, các phương pháp giảm phát thải truyền thống, như thay thế thiết bị đơn lẻ hoặc đầu tư thụ động vào năng lượng tái tạo, đang bộc lộ hạn chế về chi phí và hiệu quả tổng thể. Trong bối cảnh đó, chuyển đổi kép - sự tích hợp giữa chuyển đổi số và chuyển đổi xanh- nổi lên như một hướng tiếp cận phù hợp. Bản chất của chuyển đổi kép trong công nghiệp không phải là sự cộng gộp cơ học của 2 yếu tố, mà là sử dụng dữ liệu số và hệ thống tự động hóa để tối ưu hóa tài nguyên và năng lượng. Tự động hóa giúp thực thi chính xác các kịch bản vận hành tối ưu, trong khi số hóa hỗ trợ lượng hóa và minh bạch hóa dòng năng lượng cùng lượng phát thải carbon theo thời gian thực.

Tại Việt Nam, mặc dù khái niệm chuyển đổi kép đã được quan tâm ở phương diện lý luận, việc xây dựng mô hình kiến trúc hệ thống cụ thể, liên kết từ tầng thiết bị phần cứng như cơ khí, cảm biến, PLC đến tầng quản trị chiến lược và báo cáo ESG vẫn còn khoảng trống. Các nghiên cứu trước đây thường tách rời 2 yếu tố số và xanh hoặc tiếp cận chủ yếu từ góc độ chính sách môi trường, trong khi còn thiếu các giải pháp công nghệ có tính thực tiễn. Vì vậy, nghiên cứu tập trung phân tích mô hình Chuyển đổi kép dựa trên khả năng tối ưu hóa của các hệ thống tự động hóa hiện đại, từ đó đề xuất lộ trình phù hợp cho các nhà máy sản xuất tại Việt Nam hướng tới mục tiêu Net Zero.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp thu thập dữ liệu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thứ cấp có độ tin cậy và tính cập nhật cao, được thu thập từ các nguồn chính thống bao gồm: Các văn bản quy phạm pháp luật, chiến lược tăng trưởng xanh quốc gia của Chính phủ Việt Nam tính đến giai đoạn 2024–2026; các báo cáo thường niên, báo cáo ESG và phát triển bền vững đã được kiểm toán của các doanh nghiệp trong giai đoạn 2024–2025; các công trình nghiên cứu khoa học liên quan đến chuyển đổi kép và công nghiệp 4.0 trên các tạp chí uy tín trong và ngoài nước.

Phương pháp phân tích dữ liệu và thiết kế đa tình huống

Nghiên cứu áp dụng khung phân tích tích hợp dựa trên mô hình quản trị dữ liệu để mổ xẻ cấu trúc kỹ thuật của nhà máy. Sau đó, phương pháp nghiên cứu đa tình huống được thực hiện tại 2 thực thể có tính đại diện cao tại Việt Nam.

Tiêu chí lựa chọn tình huống: 2 trường hợp được lựa chọn theo chiến lược đối sánh thái cực nhằm tăng tính khái quát hóa cho nghiên cứu:

(1) Nhà máy LEGO Bình Dương: Đại diện cho khối doanh nghiệp FDI công nghệ cao, tiếp cận mô hình Net Zero một cách đồng bộ từ khâu thiết kế xây dựng ban đầu.

(2) Tập đoàn Hòa Phát: Đại diện cho khối doanh nghiệp công nghiệp nặng nội địa (ngành thép - một trong những ngành khó giảm thiểu carbon nhất), tiếp cận chuyển đổi xanh từ nền tảng tối ưu hóa hệ thống thiết bị hiện hữu.

Việc phân tích so sánh song song 2 trường hợp này giúp rút ra những nhận định mang tính khái quát hóa cao về thực trạng, rào cản và các giải pháp sáng tạo, phù hợp với năng lực tài chính và công nghệ của đa số doanh nghiệp sản xuất Việt Nam hiện nay.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Cơ sở lý luận của chuyển đổi kép

Chuyển đổi kép khẳng định vai trò của công nghệ số như một nhân tố thúc đẩy phát triển bền vững. Trong hệ thống sản xuất vật lý - không gian mạng, thế giới thực gồm máy móc, robot, dây chuyền cơ khí được kết nối với thế giới số thông qua dữ liệu.

Sự đổi mới trong sản xuất xuất hiện khi doanh nghiệp chuyển từ tư duy quản trị dựa trên quan sát, kinh nghiệm sang quản trị dựa trên dữ liệu. Dữ liệu thu thập từ quá trình tự động hóa cho phép tối ưu hóa hiệu suất thiết bị tổng thể, qua đó giảm tiêu hao năng lượng và “dấu chân carbon” trên mỗi đơn vị sản phẩm.

Kiến trúc tích hợp của mô hình chuyển đổi kép trong nhà máy sản xuất

Trên cơ sở lý luận về chuyển đổi kép, nghiên cứu khái quát kiến trúc tích hợp của mô hình trong nhà máy sản xuất theo 3 cấp độ, từ thu thập và số hóa dữ liệu, giám sát và tối ưu vận hành đến quản trị chiến lược và báo cáo phát thải.

Bảng 1: Kiến trúc tích hợp của mô hình chuyển đổi kép trong nhà máy sản xuất

Nguồn: Tác giả tổng hợp và đề xuất

Điểm cốt lõi của mô hình là tạo ra dòng thông tin hai chiều giữa các cấp độ. Dữ liệu năng lượng được thu thập từ Cấp độ 1 và truyền lên Cấp độ 3 để phục vụ quản trị và xây dựng chiến lược carbon; theo chiều ngược lại, các yêu cầu tối ưu hóa từ tầng quản trị được truyền xuống tầng vận hành thông qua hệ thống điều khiển tự động. Sự kết nối này giúp tăng khả năng giám sát, tối ưu hóa sử dụng năng lượng và hỗ trợ quản trị phát thải trong nhà máy.

Ba cơ chế tác động cốt lõi của tự động hóa đến mục tiêu Net Zero

Tự động hóa góp phần giảm phát thải thông qua tác động trực tiếp đến hai nguồn lãng phí lớn trong sản xuất là năng lượng vận hành và nguyên vật liệu. Trên cơ sở đó, nghiên cứu xác định ba cơ chế tác động chủ yếu.

Tiết kiệm năng lượng chủ động - giảm lãng phí trong vận hành

Trong các nhà máy truyền thống, năng lượng có thể bị lãng phí do động cơ công suất lớn chạy không tải khi chờ cấp phôi, hệ thống HVAC hoạt động hết công suất tại khu vực không sử dụng hoặc tình trạng rò rỉ khí nén không được phát hiện kịp thời.

Việc tích hợp cảm biến lưu lượng, nhiệt độ với thuật toán điều khiển tối ưu cho phép hệ thống tự động điều chỉnh công suất động cơ, biến tần theo nhu cầu phụ tải thực tế. Khi chu kỳ sản xuất xuất hiện khoảng trễ, thiết bị có thể tự động chuyển sang chế độ tiết kiệm năng lượng. Cơ chế này có thể giúp cắt giảm từ 15% đến 30% lượng điện tiêu thụ, qua đó giảm phát thải gián tiếp từ điện năng sử dụng.

Sản xuất không phế phẩm - giảm phát thải từ nguyên vật liệu

Trong ngành chế tạo, mỗi sản phẩm lỗi bị loại bỏ đồng nghĩa với việc năng lượng và lượng phát thải phát sinh trong các công đoạn trước đó trở thành lãng phí. Vì vậy, giảm phế phẩm cũng là một giải pháp giảm “dấu chân carbon” trong sản xuất.

Tự động hóa hỗ trợ kiểm soát chất lượng thông qua robot có độ chính xác lặp lại cao, kết hợp công nghệ thị giác máy tính và trí tuệ nhân tạo để phát hiện sai lệch sản phẩm ngay trên dây chuyền. Các xu hướng lệch chuẩn của thiết bị có thể được cảnh báo và hiệu chỉnh trước khi phát sinh sản phẩm lỗi hàng loạt. Qua đó, tỷ lệ phế phẩm được giảm xuống, đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên vật liệu và năng lượng.

Tích hợp và điều phối năng lượng xanh tự động

Năng lượng tái tạo tại chỗ, đặc biệt là điện mặt trời mái nhà, có đặc tính biến động theo điều kiện thời tiết, đòi hỏi hệ thống điều phối phù hợp để bảo đảm ổn định sản xuất.

Hệ thống quản lý năng lượng thông minh có thể dự báo và tự động điều phối giữa điện mặt trời, điện lưới và hệ thống pin lưu trữ năng lượng. Theo đó, nguồn điện mặt trời được ưu tiên cho các phụ tải lớn vào thời điểm sản lượng cao; điện lưới được bổ sung khi nguồn tái tạo suy giảm; phần điện dư có thể được lưu trữ để sử dụng vào thời điểm khác. Cơ chế này giúp doanh nghiệp nâng cao tỷ lệ sử dụng năng lượng sạch tại chỗ một cách an toàn và hiệu quả.

Minh chứng thực tiễn từ các doanh nghiệp tại Việt Nam

Nhà máy LEGO Bình Dương - tích hợp tự động hóa và chuyển đổi xanh

Nhà máy LEGO tại Bình Dương là trường hợp điển hình về tích hợp tự động hóa và mục tiêu giảm phát thải ngay từ giai đoạn thiết kế (Tập đoàn LEGO, 2025).

Về tự động hóa, nhà máy ứng dụng hệ thống kho thông minh tự động (ASRS) kết hợp mạng lưới robot tự hành (AGV) nhằm tối ưu hóa luồng luân chuyển vật tư nội bộ. Tại khu vực sản xuất, các máy ép khuôn nhựa công nghệ cao được tích hợp hệ thống điều khiển thông minh để tối ưu hóa chu kỳ nhiệt và áp suất ép, qua đó giảm hao phí năng lượng trên mỗi sản phẩm.

Về quản trị năng lượng, toàn bộ nhà máy được giám sát thông qua hệ thống điều khiển trung tâm. Hệ thống hỗ trợ điều phối nguồn điện từ các hệ thống năng lượng mặt trời, đồng thời kết hợp với thiết kế tận dụng thông gió tự nhiên nhằm giảm phụ tải của hệ thống HVAC.

Trường hợp LEGO cho thấy, khi tự động hóa được tích hợp với tư duy thiết kế xanh ngay từ đầu, doanh nghiệp có điều kiện thuận lợi hơn để đồng thời nâng cao hiệu quả vận hành và thực hiện mục tiêu giảm phát thải trong dài hạn.

Tập đoàn Hòa Phát - tuần hoàn năng lượng trong công nghiệp nặng

Sản xuất thép thuộc nhóm ngành có cường độ phát thải carbon cao và khó giảm phát thải. Tuy nhiên, trường hợp Khu liên hợp gang thép Dung Quất cho thấy vai trò của tự động hóa trong thu hồi và tái sử dụng năng lượng.

Hòa Phát đầu tư hệ thống thu hồi nhiệt dư và khí dư từ các lò cao, lò thổi để vận hành tuabin phát điện. Quy trình từ thu gom khí, làm sạch bụi, điều phối áp suất đến điều khiển tuabin được tự động hóa thông qua hệ thống SCADA (Tập đoàn Hòa Phát, 2025). Theo dữ liệu được sử dụng trong nghiên cứu, giải pháp tuần hoàn năng lượng này giúp Hòa Phát tự chủ khoảng 70%-80% lượng điện tiêu thụ của khu liên hợp, qua đó giảm đáng kể nhu cầu sử dụng điện lưới và lượng phát thải gián tiếp tương ứng.

Trường hợp Hòa Phát cho thấy, đối với các doanh nghiệp có hệ thống sản xuất hiện hữu, chuyển đổi xanh không nhất thiết phải thay thế toàn bộ nhà máy mà có thể thực hiện thông qua tự động hóa để thu hồi, tái sử dụng và tối ưu hóa các nguồn năng lượng đang bị lãng phí.

Đánh giá thực trạng tại các nhà máy sản xuất Việt Nam

Từ 2 trường hợp nghiên cứu, đối chiếu với thực trạng của các doanh nghiệp sản xuất trong nước, đặc biệt là doanh nghiệp nhỏ và vừa (SMEs), có thể rút ra 3 vấn đề chính:

Thứ nhất, sự thiếu đồng bộ giữa năng lực cơ khí, tự động hóa và số hóa. Nhiều nhà máy tại Việt Nam có hệ thống cơ khí vận hành tương đối tốt nhưng tầng điều khiển tự động hóa và số hóa còn hạn chế. Máy móc hoạt động độc lập, hình thành các “đảo công nghệ”, thiếu cảm biến đo lường năng lượng khiến doanh nghiệp khó xác định chính xác mức tiêu thụ và lượng phát thải. Trong khi đó, đo lường là điều kiện cơ bản để thực hiện quản trị và tối ưu hóa.

Thứ hai, rào cản về chi phí đầu tư ban đầu và tư duy ngắn hạn. Nhiều doanh nghiệp vẫn xem chuyển đổi xanh là một khoản chi phí lớn thay vì khoản đầu tư chiến lược. Việc duy trì hệ thống cũ để tiết kiệm chi phí đầu tư ban đầu (CAPEX) có thể tạo ra thách thức khi các thị trường quốc tế áp dụng ngày càng chặt chẽ các tiêu chuẩn và cơ chế liên quan đến carbon như CBAM.

Thứ ba, yêu cầu về các giải pháp phù hợp với điều kiện doanh nghiệp. Các doanh nghiệp Việt Nam khó có thể áp dụng nguyên trạng mô hình đầu tư quy mô lớn của các tập đoàn FDI. Do đó, cần triển khai các giải pháp phù hợp theo từng bước, như bổ sung mô-đun cảm biến IoT vào hệ thống máy móc hiện hữu, nâng cấp SCADA và ứng dụng phần mềm quản lý năng lượng với chi phí hợp lý. Cách tiếp cận này giúp doanh nghiệp từng bước thực hiện chuyển đổi kép phù hợp với năng lực tài chính và công nghệ hiện có.

KHUYẾN NGHỊ

Đối với doanh nghiệp sản xuất: Lộ trình chuyển đổi kép 3 giai đoạn

Để giảm áp lực chi phí đầu tư, các doanh nghiệp Việt Nam có thể triển khai chuyển đổi kép theo lộ trình “cuốn chiếu” gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Số hóa đo lường và xác định điểm lãng phí (ngắn hạn): Ưu tiên đầu tư hệ thống cảm biến IoT và đồng hồ thông minh tại các khu vực có phụ tải lớn như trạm khí nén, hệ thống lò hơi, động cơ công suất lớn để xây dựng “bản đồ tiêu thụ năng lượng” theo thời gian thực và nhận diện các điểm thất thoát.

Giai đoạn 2: Tự động hóa và tối ưu hóa cục bộ (trung hạn): Lắp đặt biến tần cho hệ thống bơm, quạt; tích hợp thuật toán điều khiển tự động bật/tắt thiết bị theo ca làm việc; ứng dụng robot và thị giác máy tính tại các công đoạn dễ phát sinh lỗi nhằm giảm phế phẩm.

Giai đoạn 3: Tích hợp hệ sinh thái “Thông minh - Xanh” (dài hạn): Tích hợp dữ liệu từ tầng vận hành máy móc lên hệ thống điều hành sản xuất MES và ERP; từng bước tự động hóa quy trình lập báo cáo kiểm kê khí nhà kính, đáp ứng các yêu cầu liên quan đến CBAM và ESG.

Đối với cơ quan quản lý nhà nước

Nhà nước cần phát huy vai trò kiến tạo thông qua một số cơ chế sau:

Một là, xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật về “Nhà máy thông minh xanh”: Nghiên cứu, ban hành bộ tiêu chí quốc gia về nhà máy tự động hóa xanh, tạo cơ sở để doanh nghiệp đối chiếu, đánh giá và chuẩn hóa quá trình đầu tư.

Hai là, khơi thông nguồn vốn tín dụng xanh: Triển khai các cơ chế ưu đãi tín dụng, thuế đối với các dự án đầu tư nâng cấp hệ thống tự động hóa nhằm tiết kiệm năng lượng hoặc giảm phát thải có khả năng định lượng rõ ràng.

Ba là, thúc đẩy nội địa hóa công nghệ tự động hóa xanh: Có chính sách khuyến khích các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ trong nước nghiên cứu, phát triển thiết bị tự động hóa và phần mềm quản lý năng lượng (EMS) “Make in Vietnam” với chi phí phù hợp với năng lực tài chính của doanh nghiệp trong nước.

Tài liệu tham khảo:

1. Nguyễn, H. M., & Trần, T. K. (2024). Chuyển đổi kép (số và xanh): Xu hướng tất yếu nhằm tối ưu hóa vận hành và giảm phát thải tại các doanh nghiệp sản xuất Việt Nam. Tạp chí Phát triển Kinh tế, 35(2), 45–58.

2. Phạm, T. S. (2025). Ứng dụng công nghệ tự động hóa và IoT trong việc giám sát, lượng hóa phát thải carbon thời gian thực tại nhà máy chế tạo. Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, 67(4), 112–125.

3. Stanton, G. C. (2021). Twin transition in manufacturing: How digital technologies drive green sustainability. Journal of Cleaner Production, 295(12), 567–580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126431

4. Tập đoàn Hòa Phát. (2025). Báo cáo phát triển bền vững và ESG năm 2024: Hành trình tuần hoàn năng lượng và tối ưu hóa chuỗi sản xuất thép. Nxb Tổng hợp TP. Hồ Chí Minh.

5. Tập đoàn LEGO. (2025). LEGO Group sustainability report 2024: Driving net-zero emissions in global manufacturing hubs. LEGO Publishing.

6. Vũ, Đ. T. (2023). Giải pháp nâng cao hiệu suất năng lượng và thu hồi nhiệt dư trong công nghiệp nặng hướng tới mục tiêu Net Zero 2050. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, 289(1), 34–42.

7. World Economic Forum. (2024). The twin transition triad: Digital, green, and cultural transformation in global supply chains. Open Press.