VINACHEM

Nhìn chung, những tiến bộ trong công nghiệp hóa chất (CNHC) ngày nay đang tập trung vào kỹ thuật số, giảm phát thải cacbon và tự động hóa. Theo đó, một số công ty khởi nghiệp đã áp dụng những công nghệ mới để tự động hóa sản xuất, làm cho sản xuất hóa chất trở nên bền vững hơn. Những kết quả bước đầu cho chúng ta thấy xu hướng đổi mới của ngành trong những năm tới.

Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét 8 xu hướng đổi mới hiện nay với tiềm năng sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến CNHC trong những năm tiếp theo, cùng với đó là những ví dụ cụ thể về các công ty đang triển khai trên thực tế:

1. Công nghệ sản xuất tiên tiến

Trong sản xuất hóa chất ngày nay, những công nghệ tiên tiến như kỹ thuật số, tự động hóa và sản xuất đắp lớp đang được áp dụng ngày càng nhiều. Trong số đó, với việc kết hợp máy tính và thiết bị đeo trên người, kết hợp môi trường thực và ảo cũng như tương tác giữa người với máy, công nghệ Thực tế mở rộng (XR) đang hỗ trợ các kỹ sư tại nhà máy giải quyết vấn đề thiếu nhân lực và đào tạo người làm việc. Công nghệ Bản sao kỹ thuật số (Digital twins) áp dụng thực tế ảo, mô hình hóa dữ liệu và đồ họa 3D để xây dựng mô hình ảo của quy trình, hệ thống, dịch vụ, sản phẩm,... Cùng với Digital twins, công nghệ XR mô phỏng các kịch bản khủng hoảng trong sản xuất và đưa ra chẩn đoán từ xa. Công nghệ đắp lớp (in 3D) hỗ trợ tự động hóa sản xuất, tổng hợp kỹ thuật số và phát triển vật liệu mới. Bên cạnh đó, các robot hỗ trợ kỹ thuật viên nhà máy làm việc trong môi trường nguy hiểm để đẩy nhanh tốc độ sản xuất.

Sản xuất thông minh: Công ty Tree-Tower (Italia) phát triển phần mềm tùy biến để áp dụng cho sản xuất thông minh. Sản phẩm của Công ty bao gồm các kỹ thuật được máy tính hỗ trợ, học máy và các giải pháp Digital wins. Công ty cũng cung cấp các mạng lưới cảm biến và phân tích dữ liệu lớn. Những công nghệ như vậy giúp sản xuất nhanh các nguyên mẫu, thử nghiệm ảo các vật liệu và thành phần cũng như tối ưu hóa thiết kế sản phẩm. Hơn nữa, Công ty cũng cung cấp công cụ cho sản xuất đắp lớp và hiển thị thực tế ảo tiên tiến.

Nguyên liệu tái tạo cho sản xuất xanh: Công nghệ mới của Công ty Trilium Renewable Chemicals (Mỹ) cho phép sản xuất Acrylonitril từ nguyên liệu tái tạo sinh học, thay cho sản xuất bằng nguyên liệu hóa dầu với phát thải nhiệt rất lớn và tạo ra xyanua độc hại. Ngoài những lợi ích về chi phí, khả năng nâng cấp lên quy mô lớn và giảm rủi ro sức khỏe, phương pháp mới còn giúp tránh vận chuyển xa các hóa chất nguy hại.

2. Vật liệu và nguyên liệu tiên tiến 

Nguyên liệu mới và mới nổi đang tạo ra xu hướng cho vật liệu pin, vật liệu nano và công nghệ sinh học tiên tiến. Với các loại pin sinh học, các giải pháp công nghệ sinh học giúp khắc phục những tác động bất lợi khi sử dụng nguyên liệu hóa dầu. Đồng thời, những vật liệu catôt tiên tiến giúp tăng mật độ năng lượng và hiệu quả của pin.

Một ví dụ khác là sợi cacbon giúp tăng tuổi thọ của cánh quạt tuabin gió. Ngoài ra, công nghệ nano cho phép khám phá những tính năng mới của các vật liệu như polyme, cải thiện độ trơn mịn và độ bền nhiệt của các lớp sơn. CNHC sẽ được hưởng lợi từ những vật liệu mới nhờ giảm phát thải cacbon và tối ưu hóa chi phí sản xuất.

Dự báo tính chất vật liệu: Công ty Polymerize (Singapore) áp dụng mô hình học máy để dự báo tính chất của vật liệu trước khi tiến hành thí nghiệm. Nền tảng này cho phép hiểu các công thức hóa học và hiển thị dữ liệu. Vì vậy, nó cải thiện quá trình ứng dụng polyme, đẩy nhanh hoạt động nghiên cứu triển khai bằng cách điều chỉnh cấu trúc và thời gian thí nghiệm. Nhờ đó, phương pháp mới này giúp đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn.

Thuốc nhuộm tan trong nước và chất béo: Công ty Acoerela (Singapore) phát triển các thuốc nhuộm tan trong nước và chất béo, cho phép khắc phục những hạn chế như độ tan thấp và tính dễ kết tụ của thuốc nhuộm truyền thống. Thuốc nhuộm của Công ty có màu sắc đa dạng và được ứng dụng để đánh dấu các túi ngoại bào, vi khuẩn, tế bào của động vật có vú. Dựa trên những khác biệt trong cấu trúc thành tế bào, thuốc nhuộm của Công ty giúp phân biệt giữa vi khuẩn gram dương và vi khuẩn gram âm. Những thuốc nhuộm màng như vậy cho phép theo dõi tế bào qua nhiều thế hệ mà không gây độc.

3. Internet vạn vật (IoT)

IoT giúp thu giữ và lưu trữ dữ liệu cũng như hợp lý hóa quá trình sản xuất hóa chất. IoT cũng hỗ trợ kiểm tra chất lượng vật liệu, hiệu quả và an toàn của thiết bị. Dữ liệu thu được sẽ mô phỏng và đưa ra khuyến cáo bảo dưỡng để kéo dài tuổi thọ thiết bị. Người vận hành sử dụng số liệu của cảm biến để ngăn ngừa sự cố ngừng vận hành bất ngờ. IoT cũng liên kết nhà sản xuất thiết bị, bên vận hành và bên cung cấp dịch vụ trên cùng một nền tảng, mang đến sự minh bạch chưa từng có cho chuỗi cung ứng CNHC.

Mũi điện tử phân tích hương liệu: Công ty Volatile (Anh) dùng AI và cảm biến thông minh để xác định hương liệu. Công ty kết hợp thiết bị phân tích tác nhân tạo hương, thiết bị phân loại thành phần hóa chất với mũi điện tử. Thiết bị mũi điện tử Scout2 của Công ty là cảm biến khí oxit kim loại, cho phép phát hiện mùi và khí hữu cơ dễ bay hơi. Scout 2 có thiết kế kiểu môđun, tương thích với các nhà sản xuất cảm biến khác. Thiết bị này kiểm soát chất lượng không khí và cũng theo dõi các thành phần chất rắn, chất lỏng, hoạt động của nó không bị ảnh hưởng vì môi trường xung quanh.

Cảm biến quang phổ: Dựa trên vật liệu indi phosphua, Công ty Mantispecta (Hà Lan) phát triển cảm biến quang phổ cận hồng ngoại để xác định hương liệu. Cảm biến này xác định và định lượng thông tin hóa học của vật liệu, được mã hóa trong chiều dài bước sóng. Quá trình tính toán diễn ra nhanh, không tiếp xúc và không thâm nhập. Các máy quang phổ truyền thống rất đắt tiền và phức tạp nên khó sử dụng, nhưng cảm biến mini cầm tay của Công ty  khắc phục những hạn chế đó, nó có thể được kết hợp vào các thiết bị khác nhau.

4.  Hóa học xanh

Hóa học xanh tập trung vào những quá trình và sản phẩm ngăn ngừa tác động có hại của hóa chất hoặc vật liệu. Xu hướng này thúc đẩy các nhà sản xuất tuân thủ các quy định về bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Các nhà sản xuất sẽ áp dụng công nghệ tái chế, dịch chuyển sang các nguồn nguyên liệu và năng lượng thay thế, tăng cường quản lý phế thải năng lượng.

Tái chế lignin: Công ty Lignolix (Mỹ) tái chế lignin từ phế thải cây trồng thành hóa chất chuyên dụng tính năng cao. Lignin khó xử lý vì nặng mùi, nhưng công nghệ của Công ty cho phép phân hủy lignin thành các mẩu nhỏ mà vẫn giữ nguyên tính chất. Phương pháp này giúp giảm những thách thức về mùi và màu sắc, nó cũng tương thích với các sản phẩm khác. Sản phẩm cuối có thể được ứng dụng trong mỹ phẩm, chất kết dính, hương liệu. Công nghệ mới có thể được nâng cấp dễ dàng lên quy mô lớn.  

Tái chế phế thải phốtphat: Công ty SusPhos (đan Mạch) áp dụng hóa học thông minh để tái chế phế thải giàu phốtphat, qua đó thay thế sản phẩm từ nhiên liệu hóa thạch bằng sản phẩm không phế thải. Công nghệ của Công ty cho phép sản xuất các sản phẩm phốtphat thân thiện môi trường, ví dụ chất hãm cháy chất lượng cao và phân bón chuyên dụng.

5. Phân tích dữ liệu

Các phương pháp phân tích dữ liệu tiên tiến giúp tăng năng suất và lợi nhuận trong sản xuất hóa chất. Việc nắm bắt các dữ liệu lớn sẽ cho phép tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng cũng như hoạt động của nhà máy và chuỗi cung ứng. Hơn nữa, các cảm biến và thiết bị không dây sẽ theo dõi hiệu quả trước đây của thiết bị sản xuất. Dựa trên những dữ liệu như vậy, thuật toán AI sẽ dự báo những sự cố có thể xảy ra và nguyên nhân gây ra sự cố, nhờ đó giảm thời gian ngừng vận hành thiết bị.

Việc phân tích chuỗi cung ứng giúp giảm chi phí ở từng bước sản xuất, từ khi mua nguyên liệu cho đến khi giao sản phẩm đến người sử dụng. Hơn nữa, nhà sản xuất có thể phân tích dễ dàng các mẫu thời tiết và dự báo sự cố gây trì hoãn trong chuỗi cung ứng.

Kết hợp tính toán lượng tử với hóa học: Công ty MQS (đan Mạch) kết hợp tính toán lượng tử và lập mô hình nhiệt động học để tính toán tính chất của vật liệu. Phương pháp của Công ty giúp tăng tốc quá trình nghiên cứu và triển khai trong dược phẩm, công nghệ sinh học và CNHC nói chung. Phần mềm của MQS áp dụng các mô hình và thuật toán dự báo để phát hiện các vật liệu pin mới, dung môi thân thiện môi trường cũng như dược phẩm mới và chất dẻo phân hủy sinh học.

Tìm kiếm hóa chất bảo vệ thực vật mới: Công ty agPlenus (Ixraen) cung cấp công nghệ dự báo để tìm kiếm sản phẩm mới trong lĩnh vực hóa chất bảo vệ thực vật. Công nghệ của Công ty sử dụng phương pháp sàng lọc ảo để nhanh chóng tính toán và phân tích các lô dữ liệu phân tử. Công ty kết hợp bộ gen, AI và dữ liệu lớn để mở rộng quy mô thư viện hóa chất cũng như tăng xác suất thành công khi phát triển sản phẩm mới.

6. Trí tuệ nhân tạo

Trong bối cảnh CNHC ngày nay, AI và các thuật toán học sâu giúp tăng cường các thí nghiệm hóa học và các thử nghiệm lâm sàng. Những giải pháp như vậy tạo ra các công thức hóa sinh mới và các dạng vật liệu kết hợp, ví dụ các phân tử mới với tính năng trị liệu hoặc các sản phẩm thay thế cho các chất nguy hiểm hoặc có hại. Bên cạnh đó, AI giúp tự động hóa các quá trình hóa học và thu thập các dữ liệu có giá trị để cải thiện hiệu quả vận hành. Các giải pháp AI cũng cho phép xác định ngay lập tức các sự cố bất thường, rò gỉ hoặc nhiễm độc, nhờ đó tạo điều kiện phòng ngừa sớm. Những ích lợi và ứng dụng ở phạm vi rộng như vậy khiến cho AI trở thành xu hướng hàng đầu đáng quan tâm trong CNHC.  

Lập kế hoạch tổng hợp hóa chất dựa trên AI: Công ty Chemical. AI tại Trung Quốc cung cấp AI và thông tin hóa chất để lập kế hoạch tổng hợp hóa chất. Phương pháp của Công ty tạo điều kiện thực hiện tái tổng hợp hữu cơ có tính dự báo. Nó đưa ra nhiều quy trình khác nhau và cũng phát hiện các quy trình mới. Quá trình thiết kế với sự hỗ trợ của AI sẽ xem xét các bước tổng hợp, độ khó của bước tổng hợp, tính khả thi của quy trình và các chiến lược tổng hợp. Bằng cách đó, công cụ đánh giá kết hợp người - máy tính sẽ giúp tăng tốc hoạt động nghiên cứu triển khai các phần tử mới trong dược phẩm.

Áp dụng AI trong sản xuất: Công ty Navigance (Đức) cung cấp nền tảng dạng SaaS (phần mềm dịch vụ) dựa trên AI. Nền tảng này sẽ số hóa và tối ưu hóa các quá trình sản xuất hóa chất. Công ty thu thập dữ liệu từ các nhà máy hóa chất, đồng thời áp dụng kỹ thuật điện toán đám mây nhanh bằng cách sử dụng AI và phân tích tiên tiến để phát hiện các trường hợp bất thường. Dựa trên những dữ liệu đó, Công ty gửi báo động với tính dự báo và các khuyến cáo tự động hóa, giúp cải thiện hiệu quả của quá trình và tăng sản lượng sản xuất, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng cũng như chi phí phát triển.

7. Điện toán đám mây 

Thực hiện đổi mới là hoạt động ngày càng tốn nhiều thời gian, vì vậy điện toán đám mây đang nhanh chóng thu hút mối quan tâm rộng rãi. Các công cụ điện toán đám mây thực hiện tính toán khối lượng lớn để xác định các vật liệu và tính tương thích hóa học. Hơn nữa, các giải pháp dựa trên đám mây có thể được nâng cấp dễ dàng, không đòi hỏi vốn đầu tư lớn để triển khai. Phương pháp lưu trữ dữ liệu trên đám mây tạo điều kiện lưu trữ và trao đổi thông tin một cách linh hoạt, nhanh, an toàn. Phương pháp này cũng giúp giảm chi phí vận hành, giảm rủi ro của chuỗi cung ứng. Một tâm điểm quan trọng khác đối với các công ty là an ninh mạng, vì ngành CNHC làm việc với những dữ liệu có tính nhạy cảm cao, ví dụ những thông tin về công thức hóa học.

Thiết kế hóa chất dựa trên đám mây: Công ty Nextmol (Tây Ban Nha) lập mô hình phân tử dựa trên đám mây và sử dụng AI để thiết kế các hóa chất mới. Công ty kết hợp mô hình ở quy mô nguyên tử với hóa học tính toán, qua đó xác định đặc điểm của các phân tử, mô phỏng các điều kiện thí nghiệm khó thực hiện và dự báo những phân tử có triển vọng nhất. Hơn nữa, Công ty xác định nguyên nhân dẫn đến thất bại trong thí nghiệm. Để nhanh chóng đạt được những kết quả đáng tin cậy, Công ty áp dụng điện toán đám mây hiệu năng cao.

Nền tảng điện toán đa đám mây: Công ty khởi nghiệp Fastone (Trung Quốc) phát triển các giải pháp đám mây cho lĩnh vực chế tạo ôtô, công nghệ sinh học và sản xuất thông minh. Dựa trên khung công việc đám mây phi máy chủ và xác định theo ứng dụng, Công ty xây dựng nền tảng tính toán rẻ tiền, nhanh, có thể nâng cấp quy mô. Nền tảng này được sử dụng để phát hiện dược phẩm mới và tự động hóa quá trình thiết kế điện tử. Tiếp theo, nền tảng mô phỏng kỹ thuật dựa trên máy tính trực tuyến của Công ty cho phép lập mô hình máy tính hiệu năng cao trên bất cứ thiết bị nào. Mô hình đó thực hiện phân tích phân tử hữu hạn, tính toán động lực chất lỏng và phân tích nhiệt. Hơn nữa, Công ty cung cấp các nền tảng đám mây cho lĩnh vực tin sinh học và phân tích dữ liệu với mục đích khảo sát tìm kiếm.

8. Chuỗi khối

Công nghệ chuỗi khối cho phép theo dõi các sản phẩm hóa chất từ khi nạp nguyên liệu cho đến khi sản xuất. Hơn nữa, nó theo dõi cả các phân tử riêng rẽ ở từng bước của chuỗi cung ứng. Chuỗi khối cung cấp các dữ liệu tin cậy, giúp hiểu nhu cầu của khách hàng và các mô hình thu nhập chưa biết. Bên cạnh đó, nó cho thấy các mô hình tiêu thụ để tối ưu hóa việc lập kế hoạch đáp ứng nhu cầu. Vì vậy, nó loại bỏ tình trạng dư thừa sản phẩm cũng như đặt hàng gấp và các khó khăn về lập lịch. Hơn nữa, các hợp đồng thông minh giao dịch trên chuỗi khối sẽ cung cấp khả năng kiểm soát phân tán và tự chủ để đảm bảo chất lượng, giảm thiểu sai sót trong các quá trình thử nghiệm.

Chuỗi cung ứng tuần hoàn: Công ty Circular Tree (Đức) đang phát triển chuỗi cung ứng tuần hoàn. Hệ sinh thái chuỗi khối của Công ty cho phép đơn giản hóa tính bền vững và trách nhiệm tuân thủ quy định trong chuỗi cung ứng. Trong khi đó, tự động hóa dòng công việc một cách minh bạch sẽ giúp loại bỏ những điểm không rõ ràng giữa các bên tham gia. Quy trình của Công ty khiến cho quá trình quản trị tuân thủ trở nên đáng tin cậy. Hơn nữa, giải pháp Bản sao kỹ thuật số trong quy trình cho phép các nhà sản xuất phối hợp hoạt động cung ứng nguyên liệu hóa chất theo thời gian thực.  

Theo dõi chuỗi hóa chất: Công ty Chemchain (Braxin) phát triển nền tảng chuỗi khối dạng SaaS. Nền tảng này theo dõi và chuyển giao thông tin dọc theo chuỗi giá trị hóa chất. Phương pháp phi tập trung của Công ty và kỹ thuật mã hóa đầu cuối giúp bảo vệ dữ liệu trước khả năng tiếp cận của bên thứ ba. Thuật toán của nền tảng cũng cung cấp thông tin trong quá khứ về nguyên liệu, ví dụ sự có mặt của các hóa chất cụ thể, những trì hoãn thời gian, chi phí phụ trội và các sai sót của con người. Nền tảng Chemchain cho phép khách hàng kiểm soát các dữ liệu bảo mật và công bố chúng một cách chọn lọc, khắc phục những hạn chế về bảo mật trong giao tiếp.

Những xu hướng nói trên đang hỗ trợ mục tiêu chuyển đổi kỹ thuật số và sản xuất bền vững trong CNHC, đồng thời tối ưu hóa các quá trình sản xuất và tìm kiếm vật liệu mới. Những giải pháp hóa học đổi mới cũng giúp xây dựng các chuỗi giá trị kết nối thông minh, cải thiện hiệu quả, lợi nhuận và tính minh bạch trong toàn ngành.

Trong thời đại của những đổi mới hiện nay, nhận biết và xác định những cơ hội mới cũng như các công nghệ mới nổi để thực hiện mục tiêu kinh doanh sẽ góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của các công ty, giúp các công ty đứng vững và phát triển trong môi trường toàn cầu đầy biến động, thách thức.