Đội đầu máy sử dụng trong hệ thống đường sắt quốc gia hiện vẫn chủ yếu sử dụng diesel, là nhóm có dư địa đáng kể để giảm tiêu hao nhiên nhiệu, giảm phát thải, chuyển đổi năng lượng xanh, nhưng thách thức là công nghệ và cần nguồn vốn rất lớn. 
Hơn 61% đầu máy đã quá 30 tuổi, vượt xa tuổi thọ kinh tế
Theo Cục Đường sắt Việt Nam, hệ thống đường sắt quốc gia hiện có tổng chiều dài 3.143 km, gồm 03 loại khổ đường 1.000 mm (chiếm 85%), 1.435 mm (6%) và khổ lồng 1.435/1.000 mm (9%), phân bố trên các hành lang vận tải chính: Hà Nội - TP Hồ Chí Minh, Hà Nội - Lạng Sơn, Hà Nội - Lào Cai, Hà Nội - Hải Phòng, Hà Nội - Quảng Ninh.
Trên mạng lưới có 277 ga đường sắt, trong đó, các ga hành khách tập trung trên các tuyến Bắc - Nam, Hà Nội - Hải Phòng, Hà Nội - Lào Cai... còn ga hàng hóa chủ yếu là các ga đầu mối logistics và ga kết nối cảng biển, khu công nghiệp. Thực tế, phần lớn các ga hiện nay được khai thác theo mô hình ga hỗn hợp, đồng thời phục vụ cả hành khách và hàng hóa.
Năm 2025, đường sắt vận chuyển 5,51 triệu tấn hàng, thị phần chiếm 0,15% toàn ngành (khối lượng luân chuyển đạt hơn 4 tỷ tấn.km, thị phần chiếm 1,07% toàn ngành), vận chuyển khách trên đường sắt quốc gia đạt 7,2 triệu, thị phần gần 0,12% (khối lượng luân chuyển 1,65 tỷ khách.km, chiếm thị phần khoảng 0,88%).
Trong bối cảnh hệ thống kết cấu hạ tầng đường sắt quốc gia có thời gian sử dụng lâu năm, phần lớn đầu máy, toa xe phục vụ vận chuyển trên đường sắt quốc gia cũng có thời gian sử dụng dài, chế tạo theo công nghệ cũ, mức tiêu hao nhiên liệu lớn.
Theo thống kê của Cục Đường sắt Việt Nam, số lượng đầu máy trên toàn mạng lưới đường sắt quốc gia giai đoạn 2023 - 2025 dao động khoảng 256 - 260 chiếc, trong đó nhóm khổ 1.000 mm chiếm trên 96% (246 chiếc năm 2025) và 10 chiếc thuộc nhóm khổ 1.435 mm phục vụ liên vận quốc tế.
Trong số 256 đầu máy (giai đoạn 2023 - 2025) được phân tích, có cơ cấu tuổi đời như sau: 56 chiếc trên 45 năm, 100 chiếc từ 30 - 45 năm, 20 chiếc từ 20 - 30 năm và 80 chiếc dưới 20 năm. Trong số này, 80 đầu máy D19E (Đổi Mới) đang trong thời kỳ 12 - 23 năm tuổi, đóng vai trò lực lượng chủ lực, duy trì được năng lực vận tải chính của toàn Ngành.
Tỷ lệ đầu máy sử dụng được duy trì ổn định ở mức 88 - 90%, phần nào phản ánh nỗ lực duy tu của ngành Đường sắt trong bối cảnh nguồn lực hạn chế, song cho thấy vấn đề nổi bật là "lão hóa": Trên 61% số đầu máy đang khai thác đã vượt ngưỡng 30 năm tuổi, vượt xa tuổi thọ kinh tế thông thường 25 - 30 năm.
Đầu máy có tuổi đời cao đồng nghĩa với hiệu suất nhiệt kém, tiêu hao nhiên liệu lớn, chi phí bảo trì tăng và nguy cơ sự cố kỹ thuật gia tăng. Mặt khác, một số chủng loại đầu máy đã vào cấp đại tu lần thứ ba và việc mua vật tư, phụ tùng thay thế khó khăn (do nhà sản xuất hiện nay không chế tạo).
Để phù hợp với tình hình thực tế, Chính phủ đã ban hành Nghị định số 91/2023/NĐ-CP (sửa đổi, bổ sung một số điều của Nghị định số 65/2018/NĐ-CP, Nghị định số 01/2022/NĐ-CP), trong đó quy định đầu máy có niên hạn sử dụng 40 năm, trường hợp phương tiện đã quá hạn sử dụng chỉ được phép hoạt động tối đa đến hết ngày 31/12/2030.
Về toa xe đường sắt, tổng số hiện có 5.378 toa xe các loại (1.008 toa xe khách, 4.370 toa xe hàng) có thời gian sử dụng đã lâu, được sản xuất ở nhiều nước khác nhau (Việt Nam, Trung Quốc, Ấn Độ...) và 71 phương tiện chuyên dùng đường sắt. Trong đó, toa xe khách có chất lượng cao có điều hòa không khí chỉ chiếm 24%, đa số là toa xe cũ nâng cấp cải tạo.
Thử nghiệm sử dụng xăng sinh học, nghiên cứu công nghệ chuyển đổi xanh
Nhằm chuyển đổi xanh phương tiện đường sắt hiện có, nội dung Quyết định số 876/QĐ-TTg ngày 22/7/2022 của Thủ tướng Chính phủ (về phê duyệt Chương trình hành động về chuyển đổi năng lượng xanh, giảm phát thải khí các-bon và khí mê-tan của ngành GTVT) xác định nhiệm vụ lộ trình 2022 - 2030: Nghiên cứu thí điểm sử dụng phương tiện đường sắt sử dụng điện, năng lượng xanh trên các tuyến đường sắt hiện tại; xây dựng kế hoạch và đầu tư theo lộ trình thay thế phương tiện đường sắt cũ hết niên hạn bằng loại phương tiện có thể chuyển đổi sang sử dụng điện, năng lượng xanh.
Triển khai nhiệm vụ theo lộ trình trên, thời gian qua ngành Đường sắt đã có những nghiên cứu, thí điểm chuyển đổi phương tiện sang sử dụng năng lượng xanh.
Cụ thể, Tập đoàn Đường sắt quốc gia Việt Nam (trước đây là Tổng công ty Đường sắt Việt Nam) đã thử nghiệm sử dụng nhiên liệu sinh học B5 trên đầu máy nhằm tìm kiếm giải pháp tối ưu cho chuyển đổi năng lượng xanh phương tiện sắt. Theo kết quả công bố tháng 02/2026, sau 06 tháng thử nghiệm trên đầu máy kéo tàu tuyến Hà Nội - Hải Phòng cho thấy, chất lượng đầu máy hoạt động ổn định, đáp ứng các yêu cầu kĩ thuật trong chạy tàu; công suất đầu máy tương đương khi sử dụng nhiên liệu dầu diesel DO 0,05S.
Bên cạnh đó, ngành Đường sắt đã tiếp cận, nghiên cứu nhiều giải pháp công nghệ: Nhiên liệu Hydrogen (bổ sung hydro vào đường khí nạp theo giải pháp của hãng Greentek (Úc)), pin Lithium, khí hóa lỏng LNG, công nghệ sinh học, công nghệ sử dụng phụ gia đối với một số chủng loại đầu máy để giảm chất thải độc hại ra môi trường…
Tuy nhiên đây là các công nghệ mới, chi phí đầu tư lớn và gặp nhiều thách thức cần giải quyết, như công nghệ pin Lithium dù rất tiềm năng nhưng chỉ phù hợp cho đầu máy dồn dịch, vận hành quãng đường ngắn, do tải trọng trục ở Việt Nam thấp (<14 tấn/trục), tuổi thọ pin ngắn (5 - 6 năm) và nhất là thiếu trạm sạc.
Còn ứng dụng công nghệ khí hóa lỏng LNG lại đối mặt với thách thức về hạ tầng do hiện trong nước có rất ít cảng LNG hoạt động. Mặt khác khổ đường 1.000 mm gây khó khăn trong thiết kế đầu máy công suất lớn; trong khâu vận hành, đầu máy phải kéo thêm toa chở LNG, giảm hiệu quả khai thác vận tải. Các kho chứa khí LNG dọc tuyến cũng phải đáp ứng tiêu chuẩn nghiêm ngặt.
Nhu cầu vốn rất lớn cho chuyển đổi xanh
Năm 2024, Cục Đường sắt Việt Nam cũng đã tiến hành triển khai nghiên cứu, đánh giá thực trạng, xu hướng công nghệ và đề xuất giải pháp thí điểm phương tiện đường sắt sang sử dụng điện, năng lượng xanh trên các tuyến đường sắt hiện tại.
Theo kết quả nghiên cứu, tổng nhu cầu vốn để chuyển đổi 244 đầu máy diesel sang đầu máy sử dụng điện và nhiên liệu sạch ước tính khoảng từ 810,5 triệu USD đến 2,114 tỷ USD tuỳ thuộc vào loại đầu máy lựa chọn là pin sạc hoặc đầu máy sử dụng nhiên liệu hydro (đã bao gồm dự trù kinh phí xây dựng trạm sạc pin và trạm nạp nhiên liệu hydro). Nếu chỉ tính riêng chi phí mua đầu máy, kinh phí tương ứng là 732 triệu USD (khoảng 18.300 tỷ VNĐ) và 1.708 triệu USD (khoảng 42.700 tỷ VND).
“Con số này cao hơn rất nhiều so với kinh phí dự kiến 12.420 tỷ đồng để chuyển đổi theo Quyết định số 876/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ. Do vậy, cần thiết có sự đa dạng hóa các nguồn hỗ trợ từ doanh nghiệp và hỗ trợ quốc tế trong nghiên cứu khả thi và chuyển đổi đầu máy”, đánh giá của Học viện Chiến lược, bồi dưỡng cán bộ xây dựng.
Cũng theo Học viện Chiến lược, bồi dưỡng cán bộ xây dựng, đầu máy khai thác trên hệ thống đường sắt quốc gia quốc gia hiện vẫn chủ yếu sử dụng đầu máy diesel, trong khi phần lớn đầu máy có thời gian khai thác dài. Do đó, đây là nhóm có dư địa đáng kể để giảm tiêu hao nhiên liệu thông qua đổi mới đầu máy, tối ưu tải trọng đoàn tàu, điều độ chạy tàu và bảo dưỡng theo tình trạng kỹ thuật.
Trong giai đoạn 2026 - 2030, nhiệm vụ và giải pháp đặt ra trong thực hiện Quyết định số 876/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ (về phê duyệt Chương trình hành động về chuyển đổi năng lượng xanh, giảm phát thải khí các-bon và khí mê-tan của ngành GTVT) là tiếp tục xây dựng và thực hiện Kế hoạch chuyển đổi, thay thế, đầu tư mới đầu máy, toa xe và phương tiện chuyên dùng đường sắt sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang sử dụng điện và các nguồn năng lượng xanh khác hoặc công nghệ phát thải thấp phù hợp với điều kiện khai thác vận tải đường sắt.
Trong kế hoạch thực hiện của Bộ Xây dựng đã giao đơn vị chức năng nghiên cứu, xây dựng tiêu chuẩn đối với pin Lithiumion, pin nhiên liệu và phương tiện đường sắt sử dụng năng lượng xanh trong giai đoạn 2024 - 2030.
Cùng đó, triển khai nghiên cứu, chuẩn bị cho phương án đoàn tàu chạy pin, lai điện và chuyển đổi đầu máy nhằm hiện thực hóa mục tiêu đến năm 2040 dừng từng phần sản xuất, lắp ráp, nhập khẩu phương tiện, thiết bị giao thông đường sắt sử dụng nhiên liệu hóa thạch; từng bước đầu tư mới và chuyển đổi phương tiện đường sắt sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang sử dụng điện, năng lượng xanh.
