Como a Mineração de Bitcoin Pode Transformar o Setor de Energia

Artigo original feito por Jaran Mellerud (Analista Arcane com mestrado em Gestão de Energia), e Anders Helseth (Analista Sênior Arcane com mestrado em Economia e doutorado em Econometria)/

Fonte: How bitcoin mining can transform the energy industry industry

Tradução e adaptação por: Gabriel S. de Souza

Esta tradução foi aprovada pelo autor da obra.

Os mineradores de Bitcoin são inovadores no quesito  consumo de energia e podem ajudar a resolver alguns de nossos maiores problemas energéticos.
Leia mais no nosso relatório abaixo.

Abstract/Resumo:

A mineração de Bitcoin é uma indústria muito mal vista devido ao seu alto consumo de energia. As críticas se baseiam principalmente na suposição que os mineradores de bitcoin não oferecem efeito colateral ou subsídios positivos aos fornecedores de energia, servindo apenas como “sugadores” de energia, forçando a geração adicional de fontes não renováveis.

Muitos dos mais aclamados críticos entendem tampouco de Bitcoin como de fornecimento de energia. Neste relatório, iremos destacar como a mineração de bitcoin pode transformar e melhorar o setor de energia.

Abordando quatro áreas em que o minerador de bitcoin pode estar atuando nessa transformação do melhor caminho e/ou melhorando a economia de produção energética.

• Fortalecimento das redes de transmissão com mineração de bitcoin
• Melhorando a economia de energia renovável com a mineração de bitcoin
• Aproveitando a queima de gás natural com mineração de bitcoin
• Aproveitamento do calor residual da mineração de bitcoin

Nota por Nic Carter

A mineração de Bitcoin pode ser considerada a indústria mais injustamente difamada na terra. Ele atravessa duas ideias ousadas que são profundamente ofensivas aos “tecnocratas” de Davos(Suíça) que governam as nações ocidentais:

• a primeira, que um sistema global monetário soa possível e desejável;
• e a segunda, que geração de energia e consumo não é moralmente censurável.

Portanto, não é nenhuma novidade que a indústria relativamente pequena (mineradores de Bitcoin ao redor do mundo podem obter cerca de 15 bilhões de dólares em receita este ano) recebe uma enxurrada de críticas de banqueiros centrais, políticos e chefes de estado em todo o mundo. Os mineradores demoraram a responder e em muitos casos atuam na defensiva até esse ponto.

No entanto, como ferramenta para entender melhor como a indústria de mineração se desenvolveu, a transparência melhorou e os modelos de negócios das mineradoras evoluíram, tornando-se mais claro que a área está extremamente favorável.

Defender o direito dos mineradores de Bitcoin de operar não é uma questão de espalhar histórias fantasiosas ou visões utópicas de um futuro possível, mas simplesmente um exercício em revelar um conjunto de verdades sobre a indústria nos dias atuais. Em suas pesquisas, a equipe da Arcane revela de maneira louvável essas realidades. Eles são a dianteira nesta área emergente.

Um culto perigoso ocupou os salões do poder em Washington, Bruxelas e Londres: uma doutrina conhecida como Neomalthusiana (do inglês neo-Malthusianism). Os adeptos acreditam apenas no “Degrowth” – um eufemismo para a miséria humana, degradação social e colapso – é suficiente para evitar a competição por recursos e as mudanças climáticas. Para estas pessoas, a geração e consumo de energia é semelhante ao pecado. Seu caminho para fora da escassez é a restrição e a austeridade. Então sugerir que o caminho deveria ser de crescimento e inovação é um sacrilégio.

Nossos oponentes de hoje insistem que o consumo de energia é algo maléfico. Eles procuram politizar o consumo de energia, deixando para os burocratas de estatais determinar quem tem permissão para usar esta energia e como. E é contra esse cenário desafiador que a comunidade Bitcoin está lutando.

Mantidos a um padrão injusto, os Bitcoiners devem justificar a importância do processo de mineração Proof of Work – especialmente correlacionando-o a outros sistemas fiduciários “mais baratos”, como Proof of Stake – e são encarregados de justificar o custo dos recursos do Bitcoin.

Neste relatório, o time da Arcane vai além de responder às críticas e apresenta uma visão positiva e honesta sobre a mineração de Bitcoin.

Hoje sabemos que a mineração de Bitcoin é desproporcionalmente de baixo carbono – muito mais baixo do que praticamente qualquer outra indústria. Os mineradores de Bitcoin são modelos pioneiros de carga flexível, onde operadores de redes de transmissão nunca viram antes. Longe de estressar os sistemas de energia, as mineradoras dão segurança às redes renováveis ​​ficando cada vez mais estáveis. O implacável e livre mercado da mineração, hoje leva estes operadores a buscar alguns dos mais criativos modelos de negócios voltados para energia, desde a colocação dos behind-the-meter com energias renováveis, como a melhoria na atual queima do gás (flaring).

O ônus da evidência cuidadosamente estabelecido pela Arcane, sugere que os mineradores estão acelerando uma transição renovável; monetizando energias renováveis; construindo uma infraestrutura de energia reaproveitável; melhorando a queima de gases perigosos e poluentes em escala; e balanceando redes de transmissão sobrecarregadas com a entrada de energia eólica e solar.

Nós permanecemos empolgados como sempre para testemunhar a iminente colisão entre a mineração de Bitcoin e o setor de energia.

Sumário

A mineração de Bitcoin é uma indústria muito mal vista devido ao seu alto consumo de energia. As críticas se baseiam principalmente na suposição que os mineradores de bitcoin não oferecem efeito colateral ou subsídios positivos aos fornecedores de energia, servindo apenas como “sugadores” de energia, forçando a geração adicional de fontes não renováveis.

Muitos dos mais aclamados críticos entendem tampouco de Bitcoin como de fornecimento de energia. Neste relatório, iremos destacar como a mineração de bitcoin pode transformar e melhorar o setor de energia.

Nós entendemos que o impacto das atuais operações de mineração não funcionam conforme descrevemos neste relatório. No entanto, acreditamos que por necessidade, as operações de mineração se moverão cada vez mais nesta direção. A mineração profissional é um negócio jovem. O preço do bitcoin em ascendência à lua combinado com limitações na produção de máquinas tornou a mineração super lucrativa nos anos de 2020 e 21. Consequentemente, o foco da maioria dos mineradores durante esse período era plugar o maior número de máquinas possível na rede, e quase desconsiderando o custo da eletricidade envolvido.

Desconsiderar o custo da eletricidade não é um modo sustentável de operação para os mineradores. O aumento da concorrência no longo prazo, mesmo em bull market (mercado de alta), reduzirá as margens de lucro e forçará os mineradores a reduzir os gastos. Somados a isso, a mineração é uma indústria cíclica e nem sempre super lucrativa. Durante as recessões, como no verão de 2022,o margin squeeze (estreitamento de lucro) força os mineradores a serem criativos para reduzir os custos de eletricidade. Para um minerador, a maneira mais fácil de reduzir os custos de eletricidade é cooperar com o setor de energia para resolver alguns dos nossos problemas mais urgentes.

Abordando quatro áreas em que o minerador de bitcoin pode estar atuando nessa transformação do melhor caminho e/ou melhorando a economia de produção energética.

• Fortalecimento das redes de transmissão com mineração de bitcoin
• Melhorando a economia da energia renovável com a mineração de bitcoin
• Aproveitando a queima de gás natural com mineração de bitcoin
• Aproveitamento do calor residual da mineração de bitcoin

Fortalecimento das redes de transmissão com mineração de bitcoin

A oferta e a demanda em sistemas de energia devem sempre ser equilibradas, pois uma ligeira incompatibilidade pode afetar a segurança de toda rede. Historicamente, um combustível fóssil atuou como suplemento adicional na fonte e forneceu a maior parte da flexibilidade necessária, ajustando a geração de energia conforme a demanda esperada.

Um dos maiores desafios energéticos da atualidade é substituir a flexibilidade perdida das redes de transmissão causada pela crescente participação de fontes de energia não controláveis como eólica e solar.

No cenário de desenvolvimento sustentável da IEA (do inglês International Energy Agency), o percentual de energia eólica e solar da geração global de eletricidade aumentará de 11% em 2020 para 42% em 2040.

O crescimento da energia eólica e solar aumenta a necessidade da demanda flexível por eletricidade, porque a oferta é instável e não controlável.

Esta eletricidade flexível sob-demanda é chamada de “resposta à demanda” (demand response), e de acordo com a IEA, devemos aumentar sua capacidade global por um fator de 10 até 2030 para alcançar o Acordo de Paris.

A mineração de Bitcoin é a melhor alternativa para a resposta à demanda, devido ao seu baixo custo de reação, a possibilidade de responder imediatamente com a granularidade necessária, e a demanda constante por eletricidade.

A mineração de Bitcoin como resposta à demanda não é apenas uma possibilidade – já está acontecendo. No sistema ERCOT (Electric Reliability Council of Texas) no Texas, mineradores de bitcoin fornecem resposta à demanda que fortalece uma rede elétrica vulnerável à energia eólica e solar.

Outras indústrias também servem como resposta à demanda no Texas, mas até o momento, o operador da rede de energia só permitiu que mineradores de bitcoin participassem no programa avançado de resposta à demanda.

Melhorando a economia da energia renovável com a mineração de bitcoin

A crescente participação de energia eólica e solar levará a mais desperdício de energia devido à natureza variável da produção desta fonte renovável.

O desperdício de energia é um desafio econômico, que se não for controlado, pode ameaçar a economia da energia renovável e assim limitar o seu crescimento.

O mapa acima mostra como a frequência de preços negativos de energia aumentou na parte central dos Estados Unidos de 2015 a 2021, pois esta é uma região de muitos ventos, logo assistimos a um desenvolvimento maciço da energia eólica. Este efeito tem um impacto devastador sobre as receitas de projetos eólicos e solares.

A mineração de Bitcoin se torna o comprador perfeito de energia renovável ociosa pois combina a independência de localização, interruptibilidade e modularidade. Os mineradores de Bitcoin podem procurar áreas com excesso de energia eólica e solar e construir um data center do tamanho e necessidade exata para consumir a energia excedente. Ter uma rede de mineração de bitcoin ao lado de usinas eólicas e solares localizadas remotamente evitam o desperdício de energia e melhoram a economia desses projetos.

A mineração de Bitcoin pode se tornar mais essencial para a transição energética do que a maioria das pessoas pensam, já que a economia futura dos projetos eólicos e solares depende de consumidores flexíveis como mineradores de bitcoin que podem comprar energia em excesso.

Aproveitando a queima de gás natural com mineração de bitcoin

O gás natural é produzido como subproduto da perfuração de petróleo. O aproveitamento desse gás para consumo nem sempre é economicamente viável para os produtores de petróleo. Nesses casos, o produtor de petróleo acaba queimando o gás in loco(refinaria) em um processo chamado gás flaring.

A queima do gás cria emissões de CO2 sem derivar qualquer utilidade. Além disso, o processo de flaring libera enormes quantidades do potente gás metano, do efeito estufa, ao invés de usar o gás dentro de um ambiente controlado para gerar eletricidade.

A mineração de Bitcoin surgiu como a tecnologia superior para reduzir essa queima de gás natural. A independência de localização, modularidade e portabilidade do processo de mineração de bitcoin torna possível colocar uma operação de mineração de bitcoin diretamente no poço de petróleo para retirar o excesso de gás natural e aproveitar esta queima.

Vimos um enorme crescimento na mineração de bitcoin em campos petrolíferos nos últimos anos. O crescimento tem se concentrado nos Estados Unidos e Canadá, mas também temos visto projetos em outras regiões onde a queima é um grande problema, como Rússia e Oriente Médio.

Ambas forças econômicas e ambientais impulsionam o crescimento da mineração de bitcoin em campos petrolíferos.

A queima do gás desperdiça um recurso econômico que o produtor de petróleo poderia ter vendido para gerar renda. Ao minerar bitcoin, por conta própria ou por meio de terceiros, o produtor de petróleo pode ganhar algum dinheiro com o gás ao invés de desperdiçar.

Embora os incentivos econômicos sejam importantes, a maior força motriz é a oportunidade de reduzir as emissões. Os números mostram que aproveitar a queima de gás pela mineração de bitcoin é de longe a maneira mais econômica de reduzir as emissões. A cada 1.000 dólares investidos, um sistema de mineração de bitcoin reduz o equivalente à emissão de 6,32 toneladas de CO2 por ano, em comparação com 1,3 para energia eólica e 0,98 para energia solar.

Aproveitamento do calor residual da mineração de bitcoin

Fornecer aquecimento para residências, indústrias e outras aplicações é o maior uso final da energia no mundo, respondendo por quase metade do consumo final da energia global produzida em 2021.

Não é de surpreender que o aquecimento também é a maior fonte de emissões de gases de efeito estufa, respondendo por cerca de 40% das emissões mundiais de CO2 e 30% das emissões equivalentes de CO2.

O calor é um subproduto da mineração de bitcoin, e os mineradores estão começando a ver o potencial na recuperação desse calor. Esse foco crescente é impulsionado principalmente pela oportunidade de reduzir custos à medida que a indústria se torna cada vez mais competitiva, mas a possibilidade de reduzir as emissões de carbono também é uma força motriz.

A maioria das inovações na recuperação de calor por mineração de bitcoin acontece em áreas mais frias como Canadá e Escandinávia, onde o calor é mais valioso do que em centros de mineração de bitcoin mais quentes como no Texas.

Aproveitar o calor da mineração de bitcoin tem três vantagens principais.

• Primeiro, a receita da mineração de bitcoin subsidia o custo da eletricidade usada para produzir o calor.
• Além de reduzir os custos de aquecimento, o uso de mineração de bitcoin para aquecimento urbano pode reduzir as emissões de carbono se as máquinas forem alimentadas por fontes renováveis.
• E em terceiro lugar, redirecionar o calor da mineração de bitcoin é essencialmente usar a mesma energia para dois fins. Isso compensa a energia usada pela indústria de mineração de bitcoin, uma vez que supera outros mineradores que não estão aproveitando o calor gerado.

1. Por que e como o Bitcoin usa energia?

Para entender a mineração de Bitcoin, é preciso entender brevemente o Bitcoin. Neste capítulo, explicamos as partes necessárias para ter uma ideia do que é o Bitcoin e por que a mineração é uma parte essencial do Bitcoin.

1.1. O consumo de energia é fundamental e propriedade importante do Bitcoin

Bitcoin é uma rede de computadores (geralmente chamados de nós ou do inglês nodes). Os nodes se comunicam entre si via internet. A princípio os nós podem comunicar o que quiserem.

Na prática, todos os outros nós simplesmente irão ignorá-lo, se você se desviar das regras de consenso da rede Bitcoin.

As regras de consenso da rede Bitcoin são apenas um conjunto de regras que as pessoas escolhem seguir. Não há leis naturais ou qualquer coisa que force este caminho. Incentivos aliados ao poder da descentralização fazem a rede Bitcoin funcionar, e as regras de consenso as estabelecem.

As funções da rede Bitcoin podem ser divididas em dois grupos principais:

1. A qualquer momento:

Verifique se todas as transações novas e anteriores são legítimas. Isso é feito por um algoritmo de criptografia de acordo com as regras de consenso.

2. Transações de ordem por tempo:

Esta tarefa é vital para a rede Bitcoin, pois garante que ninguém gaste mais do que tem. A rede Bitcoin resolve a tarefa monumental de ordenar transações de forma descentralizada, utilizando o Proof-of-Work.

A rede Bitcoin usa funções de hash de maneira inteligente para que os participantes comprovem o seu trabalho e então solicitem mais transações.

A rede Bitcoin ordena as transações em lotes por execução. Esses lotes são frequentemente referenciados como blocos, para uma representação visualmente compreensível. Para produzir um novo bloco que será aceito pela rede, um participante deve transmitir um cabeçalho de bloco válido na forma de uma string contendo o hash do bloco anterior, um hash produzido a partir das novas transações, um carimbo de data/hora (timestamp), uma configuração de dificuldade, a versão do bloco e um nonce.

A inserção da montagem dessa string na função de hash SHA256 (criptografia) deve produzir um número abaixo com um determinado limite, que é decidido pela configuração de dificuldade.

Com todas as entradas no cabeçalho, exceto o nonce, podem então ser consideradas como fornecidas, o que significa que elas só precisam ser inseridas ou calculadas uma única vez. Mas para produzir um cabeçalho de bloco válido requer adivinhar o nonce, que produz um hash abaixo do limite estabelecido. Esta não é uma tarefa fácil. O nonce é um número entre 0 e 232 (4.294.967.296), e encontrar o nonce ‘correto’ só pode ser alcançado através de adivinhação computacional. Encontrando o nonce correto, prova que você exerceu um esforço (energia) significativo ao adivinhar uma enorme quantidade de números, ou seja, serve como Proof-of-Work.

A mineração de Bitcoin é o processo de usar computadores para encontrar um nonce que produza um cabeçalho de bloco válido por tentativa e erro. Quanto mais números você conseguir adivinhar, maior será sua chance de adivinhar um nonce válido.

Os mineradores não são altruístas. Eles são incentivados a minerar através da emissão de novos bitcoins e taxas de transação da rede, apenas em caso forem os primeiros a encontrar um nonce válido. Para cada novo bloco, o minerador que adivinhou o primeiro nonce correto recebe atualmente 6,25 bitcoins. Essa recompensa é reduzida pela metade a cada quatro anos (halving) e a próxima metade será em 2024.

A quantidade de trabalho que vai para a mineração de Bitcoin é medida em hashes por segundo (Hash rate).

Simplificando; ele mede quantos nonces os mineradores são capazes de verificar por segundo. A produção de hashes tem um custo por meio de despesas de capital (investimento) e custos de eletricidade.

A segurança da rede Bitcoin pode ser medida pelo custo em obter a superioridade do poder de hashing (hashing power). A quantidade de trabalho, ou seja, a atividade de mineração é portanto de grande importância para a segurança da rede Bitcoin.

Um bloco será aceito pela rede Bitcoin se satisfizer as seguintes propriedades:

1. Verifique se o bloco anterior foi referenciado por este existe e é válido.
2. Verifique se o carimbo de data/hora (timestamp) do bloco é maior que o do bloco anterior e inferior a 2 horas no futuro.
3. Verifique se o Proof-of-Work no bloco é válido (produzindo um hash abaixo do limite estabelecido).
4. Verifique se cada uma das transações são legítimas, ou seja, se os bitcoins enviados são originados de contas cujo saldo é alto o suficiente para garantir e efetivar essa transação.

Se houver versões concorrentes e válidas do blockchain do Bitcoin sendo transmitidas ao mesmo tempo, a rede escolherá o blockchain mais longo, aquela que contém a maior Proof-of-Work. Para poder criar o blockchain mais longo, uma entidade deve ter mais do que a metade do hashrate de toda rede Bitcoin (também conhecido como ataque dos 51%).

Não importa quem detenha a superioridade do poder de hash (hash power), uma transação válida requer uma prova criptográfica válida.

Entretanto, existem limites claros para o que uma entidade que detém o poder de hash realmente pode fazer.

Eles podem:

• Desfazer pagamentos anteriores das quais eles possuem as chaves privadas;
• Coletar a recompensa de mineração (que eles teriam recebido se fossem os ‘bons’ também).

Os ganhos de ‘atacar’ a rede Bitcoin se limitam a desfazer suas transações anteriores, criando o que é chamado de oportunidade de gasto duplo, ou seja, você poderia gastar seu bitcoin mais de uma vez.

Conforme observado anteriormente, o custo de fazer um ataque de 51% depende diretamente da quantidade de mineração existente. Assim, quanto mais mineração, mais caro é para se realizar um ataque de 51%. Além disso, todos os blocos que forem adulterados em diante devem encontrar um novo nonce válido; logo o ataque se tornaria muito caro para seguir.

1.2. Mineradores de Bitcoin são consumidores únicos de energia

A mineração de Bitcoin percorreu um longo caminho desde seu humilde começo há alguns anos. O que se iniciou como um empreendimento hobby utilizando CPUs de computadores comuns agora mudou para instalações em escala industrial repletas de máquinas de mineração especializadas, chamadas ASICs.

Embora o consumo de energia da mineração de bitcoin tenha aumentado consideravelmente à medida que a indústria cresceu, ainda é uma indústria relativamente insignificante globalmente.

A rede de mineração Bitcoin consome cerca de 100 TWh por ano ou 0,06% da energia consumida globalmente. Isso significa que a indústria de mineração de bitcoin consome um pouco menos energia do que a indústria dos videogames.

Podemos comparar ainda mais o consumo de energia da mineração de Bitcoin com outras indústrias mais tradicionais, intensivas em energia, como a produção de papel, que consome 24 vezes mais energia.

Fonte: Hashrate Index, Braiins , Galaxy Digital , IEA

A maioria das pessoas considera a mineração de bitcoin como apenas mais uma indústria de uso intensivo de energia, mas há uma grande diferença: os mineradores de bitcoin são excepcionalmente flexíveis em relação a quando e onde consomem energia.

Vamos agora passar por cinco características do consumo de energia que fazem dos mineradores de bitcoin, os consumidores unicamente flexíveis de eletricidade.

Sensibilidade ao preço (do inglês Price-responsive)

A eletricidade representa cerca de 80% dos custos operacionais de um minerador.

Devido à importância da entrada de eletricidade, consideramos a mineração um processo de refino de eletricidade: o minerador envia eletricidade para suas máquinas, que refinam a eletricidade em bitcoin.

Fonte: University of Cambridge

A indústria de mineração de bitcoin é global com baixas barreiras para entrar, tornando-a muito competitiva. A única maneira de se manter competitivo no longo prazo é minimizar os custos. Como a eletricidade é uma parte tão significativa nos custos da estrutura, as mineradoras são altamente incentivadas a responder às mudanças no preço da eletricidade, ajustando o consumo de energia ou mudando suas operações.

Um exemplo que mostra a sensibilidade ao custo da mineração de bitcoin são os mineradores noruegueses, respondendo ao aumento dos preços da eletricidade na parte sul do país, movendo suas operações para o norte, onde a eletricidade é mais barata.

Interruptível

Um minerador de bitcoin “vende” hashes para a rede Bitcoin. Como cada hash é independente do anterior, um minerador de bitcoin pode interromper sua produção e consumo de energia a qualquer momento. Além de interromper seu consumo, também pode ajustá-lo granularmente para mais ou menos em incrementos de quilowatts.

Como a mineração de bitcoin é uma carga interruptível e sensível ao preço, o processo é excepcionalmente adequado como uma ferramenta de resposta à demanda que pode ajudar a fortalecer os sistemas de eletricidade.

Escrevemos mais sobre isso no capítulo 2.

Independente de localização

Enquanto a maioria das outras indústrias de uso intensivo em energia produzem produtos físicos, que precisam de acesso a cadeias de suprimentos, os mineradores de bitcoin produzem hashes, que são bens de informação vendidos pela internet.

Portanto, uma instalação de mineração de bitcoin geralmente pode ser construída em qualquer local com energia barata e acesso à internet.

A independência de localização da mineração de bitcoin torna possível levar o consumidor de energia diretamente à fonte de energia.

Os mineradores de Bitcoin são os clientes finais de recursos de energia até então ociosos, e é por isso que os produtores de petróleo começaram a usar gás natural, que seriam queimados de qualquer forma para minerar bitcoin.

Veja mais sobre isso no capítulo 4.

Modular

ASICs, as máquinas usadas para minerar bitcoin, consomem de 1 kW a 5 kW. É possível combinar diferentes quantidades dessas máquinas para diferentes níveis de carga. Ficando irrelevante se o proprietário gerador de energia deseja uma carga de mineração de bitcoin de 5 MW, 20 MW ou 100 MW: todos os tamanhos de carga são possíveis alterando o número de máquinas.

A modularidade da mineração de bitcoin torna possível projetar uma carga de mineração de bitcoin para corresponder à capacidade de geração de energia disponível. Isso é muito relevante quando combinamos a carga de mineração de bitcoin aliado ao excesso de capacidade de produção de um gerador de energia renovável, utilizando da energia ociosa para melhorar sua economia, como explicamos no capítulo 3.

Portátil

Podemos projetar uma carga de mineração de bitcoin de maneiras específicas para maximizar a portabilidade. Preencher contêineres especialmente projetados com máquinas de mineração surgiu recentemente como uma forma de otimizar a portabilidade. Essas soluções de contêiner são projetadas de acordo com o princípio plug-and-play e podem ser enviadas rapidamente para outros locais, se necessário.

Um exemplo da portabilidade foi a migração anual da mineração chinesa, na qual os mineradores chineses moveram suas máquinas entre as regiões da China devido a diferenças sazonais na disponibilidade de energia hidrelétrica causada por estações úmidas e secas.

A portabilidade da mineração bitcoin facilita mover uma instalação de mineração para absorver o excesso de energia, e mover rapidamente a instalação para outro local se a energia parar de ser excessiva no primeiro local.

Essas características de consumo de energia possibilitam que a mineração de bitcoin sirva como uma ferramenta de energia, podendo usar para resolver alguns de nossos maiores desafios de energia.

A mineração de Bitcoin pode fortalecer as redes de transmissão, melhorar a economia da energia renovável, aproveitar a queima de gás natural e reduzir os custos de aquecimento ao aproveitar o calor.

2. Fortalecimento das redes de transmissão com mineração de bitcoin

A demanda deve sempre corresponder à oferta nos sistemas elétricos, pois mesmo um pequeno desequilíbrio pode afetar a confiabilidade do sistema. Além de alterar a oferta ou demanda de eletricidade, o armazenamento de energia e as linhas de transmissão podem fornecer flexibilidade ao sistema.

Historicamente, contamos principalmente com o lado da oferta para ajustar a geração de energia à demanda esperada.

As diferentes fontes de energia de eletricidade variam significativamente em sua gestão. O gás natural e a energia hidrelétrica são as fontes de energia mais gerenciáveis, pois o produtor de energia pode facilmente ajustar sua produção para mais ou para menos.

O carvão e a energia nuclear também são controláveis, mas em menor grau. Eles são muito confiáveis, mas poder alterar granularmente sua produção não é eficiente.

As usinas de carvão e nucleares tradicionalmente forneciam a carga base (grosso), permitindo que as usinas de gás natural ou hidrelétricas ajustassem a produção para acomodar as oscilações da demanda.

Um dos maiores desafios energéticos da atualidade é a capacidade auxiliar, que oferece flexibilidade ao sistema, porém está diminuindo.

Estamos no meio de uma transição energética, substituindo os combustíveis fósseis por fontes de energia renováveis como eólica e solar. Estas fontes de energia não são controláveis, visto que sua capacidade de gerar eletricidade depende das condições climáticas. Tais fontes de energia não são confiáveis para a flexibilidade do sistema.

A Agência Internacional de Energia (da sigla do inglês IEA) opera com diversos cenários para a transição energética.

O Cenário de Desenvolvimento Sustentável representa uma porta de entrada para os resultados do Acordo de Paris, implicando um crescimento em massa de fontes de energia não controláveis como participação no mix de geração de 11% para 42% em 2040.

Fonte: IEA (Sustainable Development Scenario)

Este cenário pressupõe uma substituição em massa de fontes de energia controláveis por não controláveis.

Mas, como substituímos essa flexibilidade perdida do sistema?

Nossas opções são aumentar a flexibilidade no lado da demanda, a capacidade de armazenamento de energia ou a capacidade das linhas de transmissão.

Precisaremos de uma combinação dessas opções, mas o aproveitamento da flexibilidade no lado da demanda se destaca por ser mais barato e mais escalável que as outras alternativas.

2.1. Consumidores flexíveis de eletricidade podem fornecer resposta à demanda

A resposta à demanda é uma mudança no uso dos consumidores de eletricidade para adequar a demanda à oferta.

O processo normalmente envolve o pagamento ou outros incentivos financeiros aos consumidores por concordarem em reduzir seu uso de eletricidade quando o fornecimento é baixo.

A resposta à demanda existe na maioria dos sistemas elétricos desenvolvidos globalmente. O ERCOT, o sistema de eletricidade no Texas, está avançado quanto à resposta à demanda, e os mineradores de bitcoin se tornaram uma de suas fontes mais confiáveis ​​para a estabilidade do sistema.

O sistema elétrico no Texas é chamado ERCOT, que também é o nome do operador do sistema. ERCOT enfrenta uma combinação única de desafios, os incentivando a buscar formas inovadoras de manter o sistema elétrico confiável.

Além disso, o sistema elétrico é ilhado, ou seja, quase sem ligações a outras redes elétricas. Importar ou exportar eletricidade por meio de linhas de transmissão para fornecer flexibilidade ao sistema não é possível.

O ERCOT tem uma alta participação no rápido crescimento de energia eólica e solar, pois o Texas tem uma das melhores condições de vento e sol do planeta. A forte dependência da energia eólica e solar significa que o lado da oferta é volátil, e eles devem aumentar a confiança na flexibilidade do lado da demanda.

Não apenas a rede do Texas é ilhada, como tem uma parcela alta e crescente de energia eólica e solar, mas o clima do Texas pode ser extremo e imprevisível, levando a uma demanda volátil.

Um exemplo é a tempestade de inverno ocorrida em fevereiro de 2021, que levou ao aumento vertiginoso da demanda e também interrupções no fornecimento.

Essa combinação de desafios de estabilidade do sistema incentivou o ERCOT a desenvolver um dos mercados mais avançados de resposta à demanda do mundo.

ERCOT tem duas categorias principais de resposta à demanda, dependendo da rapidez com que o recurso de resposta à demanda deve ajustar seu consumo de eletricidade. A primeira categoria é chamada de Recurso de Carga, e a outra é Serviço de Resposta a Emergências.

Recurso de Carga

A designação de Recurso de Carga permite que recursos de resposta à demanda elegíveis ajudem a estabilizar a frequência da rede.

A frequência oscila em torno de 60 Hz na América do Norte, e mantê-la o mais perto possível desse nível é essencial.

Uma carga alta em relação à geração diminui a frequência Hz, enquanto que o oposto aumenta.

O operador do sistema monitora continuamente a frequência e emprega várias ferramentas para estabilizá-la.

Podemos subdividir a designação do Recurso de Carga em dois tipos: Recurso de Carga Controlável (da sigla em inglês CLR) e Recurso de Carga Não Controlável (da sigla em  inglês NCLR).

Para ganhar essas designações, as cargas devem passar por vários testes quanto à sua controlabilidade. Portanto, como os nomes sugerem, a designação de recurso de carga controlável tem requisitos de entrada mais altos do que o recurso de carga não controlável.

Recursos de Carga Controláveis

Os recursos de carga controláveis são cargas que podem se ajustar de forma granular em segundos, permitindo que assumam funções ativas no balanceamento da frequência da rede.

Recursos de Carga não Controláveis

Os recursos de carga não controláveis também ajudam a estabilizar a frequência, mas apenas de forma binária, desarmando toda a carga offline se a frequência cair abaixo de um nível pré-estabelecido.

Quanto melhor for a gestão dos recursos de carga controláveis, mais eficiente será a resposta à demanda na estabilização da rede, contrário aos recursos de carga não controláveis.

Até o momento, apenas os mineradores de criptografia ganharam a designação de recurso de carga controlável.

Serviços de Resposta a Emergências

Enquanto os recursos de carga fornecem a primeira camada de proteção para a rede, regulando sua carga para estabilizar a frequência em segundos, uma camada adicional de proteção é empregada se os recursos de carga forem insuficientes.

Esse nível final de seguro da rede é chamado de Serviço de Resposta a Emergências (do inglês ERS) e consiste em cargas que podem reduzir seu consumo de energia elétrica entre 10 ou 30 minutos, dependendo dos contratos.

A resposta à demanda geralmente funciona por consumidores de eletricidade que vendem sua capacidade de fechar operações por vários dias à frente do mercado para serviços auxiliares. Eles então reduzem seu consumo de eletricidade por este acordo se o operador do sistema assim o solicitar. Podemos ver esse acordo como recursos de resposta à demanda vendendo seguro para a rede.

A resposta da demanda também pode ser fornecida simplesmente reagindo aos sinais de preço. Se o preço da eletricidade for alto durante certos períodos, os consumidores flexíveis podem evitar comprar durante esses períodos.

Ao evitar o consumo durante as horas caras, o consumidor atua efetivamente como uma resposta à demanda e alivia a pressão no sistema.

2.2. Mineração de Bitcoin é a melhor alternativa para resposta à demanda

O ERCOT criou a designação de carga controlável em 2004. Nenhum consumidor de eletricidade cumpriu os requisitos até 2020, quando a empresa de tecnologia e resposta à demanda chamada Lancium com uma carga de mineração de bitcoin passaram nos testes necessários.

O software Smart Response® patenteado da Lancium permite que mineradores de bitcoin atuem como recursos de carga controláveis.

Os mineradores de Bitcoin designados como recursos de carga controláveis ​​podem participar de todos os mercados de serviços auxiliares do ERCOT, onde vendem sua capacidade de regular seu consumo de energia seguindo as instruções do ERCOT.

Eles também podem participar de mercados de energia em tempo real, permitindo que incluam uma cláusula em seus contratos de compra de energia para desligar e “vender” energia de volta à rede pelo preço da eletricidade em tempo real.

De acordo com o ERCOT, existem atualmente oito mineradores de criptomoedas com capacidade total de 750 MW designados como recursos de carga controlável, com um adicional de 2600 MW aguardando aprovação.

No entanto, Rich Godwin, um minerador de bitcoin do Texas, rastreia a participação em tempo real de recursos de carga controláveis ​​diariamente, e viu apenas cerca de 130 MW.

Essa diferença pode ser devido ao fato que nem todos os recursos de carga controláveis ​​ participam do mercado simultaneamente.

Por que apenas os mineradores de criptografia passaram pelos requisitos de recursos de carga controláveis do ERCOT? Tudo se resume à singularidade da mineração de bitcoin como uma carga Interruptível, que explicamos no capítulo 1.

Vamos agora aprofundar essa análise dissecando quatro fatores que tornam uma carga Interruptível, comparando a pontuação da mineração de bitcoin nesses fatores com a de outros dois consumidores intensivos de energia: um data center convencional e uma siderúrgica.

Custo de reação

O custo de reação se refere aos custos envolvidos num recurso de resposta à demanda ao desligar suas operações. Esse número é muito alto para um data center convencional, pois atende clientes que dependem dos dados disponíveis (online), o tornando inadequado para atender a demanda, caso seja desligado.

Para os mineradores de bitcoin, o único custo de reação é o custo alternativo de não produzir bitcoin, dando a eles altos incentivos econômicos para fornecer resposta à demanda.

Suponha que o preço por MWh exceda o que o minerador poderia ganhar dedicando esse MWh à mineração de bitcoin. Nesse caso, o minerador deve parar de minerar, pois ganhará mais desligando suas máquinas do que minerando bitcoin.

O gráfico acima mostra que em 2022 o custo alternativo de não dedicar um MWh à mineração de bitcoin flutuou entre 150 e 300 dólares.

Em tempos de estresse da rede elétrica, quando a resposta à demanda é necessária, o preço da energia em tempo real pode chegar a milhares de dólares por MWh, substancialmente maior que o custo alternativo, o que significa que mineradores de bitcoin economicamente sábios irão desligar suas máquinas.

Tempo de reação

O segundo fator, o tempo de reação, é a rapidez com que o recurso de resposta à demanda pode desligar as suas operações.

Uma usina siderúrgica tem um tempo de reação lento, pois é preciso muita coordenação para desligar uma fábrica inteira com muitos processos e funcionários diferentes.

Por outro lado, uma instalação de mineração de bitcoin faz apenas uma função, resolvendo o algoritmo de hash SHA-256. Este único processo pode ser rapidamente interrompido, permitindo que os mineradores de bitcoin participem de programas de resposta à demanda que exigem tempos de reação mais rápidos.

Disponibilidade

Devido à estabilidade da carga de um minerador de bitcoin, um operador de sistema sempre pode contar com a disponibilidade da carga de mineração de bitcoin para fornecer resposta à demanda, quando necessário.

Uma siderúrgica é um exemplo de carga industrial com baixa disponibilidade. A produção de aço envolve diversos processos, mas somente alguns deles utilizam intensivamente energia, o que é suficiente para suprir a demanda.

Contudo, como esses processos exigem quantidades distintas de energia, a carga elétrica da siderúrgica varia diariamente e semanalmente. Por essa razão, não se pode sempre contar com a siderúrgica para atender à demanda de energia.

Granularidade

A granularidade se refere a quantos incrementos o recurso de resposta à demanda pode ajustar de sua carga.

Um minerador de bitcoin pode ajustar sua carga em incrementos quase infinitos, portanto é altamente flexível nas quantidades de eletricidade que pode vender para a rede.

A alta granularidade de um minerador de bitcoin contrasta fortemente com uma usina siderúrgica, que opera seu Forno Elétrico a Arco ou não.

Uma pontuação alta no custo de reação, tempo de reação, disponibilidade e granularidade torna a mineração de bitcoin uma carga altamente interruptível, e é por isso que é o único recurso de carga controlável no ERCOT.

2.3. Exemplos de mineradores de bitcoin estabilizando a rede

O ponto de resposta à demanda é proteger a rede durante eventos de alto estresse quando não há geração suficiente em relação à carga exigida. Então, faz mais sentido olhar para o que os mineradores de bitcoin fizeram durante o evento de maior estresse da história do Texas: a tempestade de inverno Uri em 2021.

De 13 a 19 de fevereiro, uma forte tempestade de inverno atingiu o Texas. O ERCOT não se preparou para um evento de cisne negro (black swan), e a tempestade de inverno levou a interrupções generalizadas na geração e fornecimento de gás natural.

A combinação de interrupções na geração e a demanda de eletricidade disparada de residências que precisavam de aquecimento, ocasionou um grave desequilíbrio entre oferta e demanda. Os preços da eletricidade em tempo real subiram para mais de 9.000 dólares por MWh.

Para reduzir a demanda de eletricidade e entender os impactos da catástrofe, o ERCOT implantou todos os seus recursos de resposta à demanda, muitos dos quais eram mineradores de bitcoin.

Esses mineradores de bitcoin voluntariamente desligaram suas máquinas e venderam sua energia não utilizada de volta à rede. Enquanto isso, os data centers convencionais do estado não foram desligados.

O gráfico acima compara o preço médio de energia em tempo real do oeste do Texas para cada dia em fevereiro de 2021 com os pontos de desligamento para mineração de bitcoin e clientes residenciais.

Os clientes residenciais não respondem ao preço, pois precisam de energia para itens essenciais como aquecimento, o que significa que geralmente não param de consumir energia mesmo quando os preços sobem.

Por outro lado, os mineradores de Bitcoin são muito sensíveis ao preço, pois sabem exatamente quanto ganham por MWh.

Durante a tempestade de inverno de 7 dias, o preço médio da energia ERCOT foi de 5.972 dólares por MWh, muito acima da receita de mineração de bitcoin de 480 dólares por MWh.

Os incentivos econômicos são claros: um minerador de bitcoin que não desligou suas máquinas durante a tempestade de inverno teria gasto quase dez vezes mais em eletricidade do que essa eletricidade lhe renderia em receita.

O ERCOT também sofreu uma tempestade de inverno em 2022, que não foi tão ruim quanto no ano anterior, mas o operador do sistema ainda teve que implantar alguns de seus recursos de resposta à demanda.

A Riot Blockchain estava entre os mineradores que desligaram suas operações. Os mineradores de Bitcoin se tornaram os recursos de resposta à demanda mais confiáveis ​​do ERCOT, confirmado pelo CEO interino do ERCOT, Brad Jones, dizendo em entrevista à CNBC que “os mineradores de criptomoedas ajudam o ERCOT a manter a energia renovável operacional”.

2.4. A mineração de Bitcoin fornece a flexibilidade de demanda necessária para integrar a energia renovável com segurança

A resposta à demanda será uma ferramenta integral para garantir a confiabilidade dos sistemas de eletricidade à medida que continuamos integrando fontes de energia renováveis variáveis, como eólica e solar.

A Agência Internacional de Energia (IEA) estima que, para alcançar o Acordo de Paris, devemos trazer ao mercado uma capacidade total de resposta à demanda de 500 GW até 2030, correspondendo a um crescimento de 10x a partir de 2020.

A mineração de Bitcoin é uma carga estável e intensiva de energia que pode ser ajustada rapidamente, para mais ou para menos, com extrema precisão, sem nenhum custo extra, além do custo alternativo de não minerar bitcoin.

A combinação dessas características torna a mineração de bitcoin uma carga exclusivamente interruptível e nossa melhor alternativa para resposta à demanda, fornecendo a flexibilidade de demanda necessária para integrar a energia renovável e variável com segurança.

3. Melhorando a economia da energia renovável com a mineração de bitcoin

A crescente participação da energia eólica e solar levará a um maior desperdício de energia devido à natureza variável da produção de energia renovável.

O desperdício de energia é um desafio econômico que se não for controlado, pode ameaçar a economia das energias renováveis, limitando assim seu crescimento.

As capacidades globais de geração de energia eólica e solar tiveram um crescimento massivo nos últimos anos.

Em seu Cenário de Desenvolvimento Sustentável, a IEA estima que as capacidades de geração eólica e solar precisarão continuar crescendo e atingir 2.800 GW e 4.200 GW até 2040 para limitar o aquecimento global a menos de 2ºC acima dos níveis pré-industriais.

Como no capítulo anterior, usaremos o Texas como estudo de caso.

O estado tem alguns dos melhores recursos eólicos e solares do mundo, mas a maioria deles está no oeste do Texas, distante dos centros populacionais no sudeste.

O oeste do Texas tem 24 G.W. de vento e 7 G.W. de capacidade de geração solar, mas uma carga média de apenas 6 G.W. , o que significa que a maior parte dessa energia não pode ser consumida localmente e deve ser transportada para sudeste onde há demanda.

A capacidade das redes de transmissão que ligam o oeste do Texas ao restante do estado é de apenas 12 G.W., aquém do suficiente para transportar toda a energia no pico da geração eólica e solar. Isso é chamado de Restrição de Exportação do Oeste do Texas.

A baixa demanda local combinada com a Restrição de Exportação do Oeste do Texas contribui para uma enorme quantidade de energia renovável retida no oeste do Texas, levando ao desperdício de energia e assim gerando menos receita para projetos eólicos e solares.

O problema de energia renovável ociosa só piorará no oeste do Texas, já que o ERCOT espera que as capacidades de geração eólica e solar cresçam para um total combinado de 71 G.W. em 2023, sem o correspondente aumento da capacidade na transmissão.

A principal força motriz por trás do aumento no desenvolvimento eólico e solar é que essas fontes de energia se tornaram muito competitivas em termos de custos.

O Custo Nivelado de Eletricidade (da sigla do inglês LCOE) para energia solar e eólica nos Estados Unidos é atualmente de 36 e 40 dólares respectivamente, inferior a todas as alternativas. Além disso, a economia da energia eólica e solar consiste quase inteiramente em despesas de capital. Eles não têm custos de combustível, o que significa que seu custo marginal de produção é $0.

3.1. O desperdício de energia ameaça a economia das energias renováveis

Como a energia eólica e solar têm custos marginais de produção de $0, elas sempre oferecerão sua energia no mercado por $0 dólar por MWh.

Portanto, muitas vezes vemos alta volatilidade de preços nos mercados de eletricidade com altas participações de energia eólica e solar.

O preço da eletricidade é muito baixo ou mesmo negativo em épocas de alta produção eólica e solar e preços muito altos quando eólica e solar não produzem.

Este problema é agravado pelos incentivos fiscais de produção que permitem que certos geradores de energia renovável vendam energia a um preço negativo e ainda obtenham lucro.

Nos Estados Unidos, os parques eólicos recebem incentivos fiscais federais de produção de até $25 dólares por MWh produzido. Um produtor eólico que recebe tais incentivos fiscais é motivado a negociar a energia para a rede por -$24 dólares por MWh.

Esses incentivos fiscais de produção aumentaram a persistência de preços negativos de energia nos Estados Unidos, especialmente no Texas. Esse subsídio federal desempenhou um papel importante no incentivo à construção de energia renovável ociosa no oeste do Texas.

Durante os últimos anos, a persistência de preços negativos de eletricidade cresceu drasticamente em muitas regiões onde a energia eólica e solar se tornaram partes significativas da capacidade de geração de eletricidade. Isso é notável para o oeste do Texas, onde cerca de 10% dos preços de energia em tempo real foram negativos em 2021.

O mapa acima mostra como a frequência de preços negativos aumentou na parte central dos Estados Unidos, de 2015 a 2021, pois essa região ventosa viu um desenvolvimento de energia eólica em grande escala.

O aumento da persistência de preços negativos de energia tem um impacto devastador nas receitas de projetos eólicos e solares.

Em um mercado de energia desregulado como o ERCOT, o preço negativo é um sinal dizendo aos proprietários de geração para encerrar a produção porque há muita oferta de energia em relação à demanda.

Esse fenômeno é chamado de redução econômica (do inglês economic curtailment) e significa que os parques eólicos e solares devem reduzir periodicamente sua produção abaixo do que poderiam estar produzindo.

Tipos de redução econômica

Existem dois tipos de redução econômica, dependendo de sua causa: redução sistêmica e redução local.

A redução em todo o sistema ocorre quando as condições climáticas permitem que uma usina de energia renovável produza uma certa quantidade, mas a usina deve se abster de enviar essa eletricidade para a rede, pois a demanda é insuficiente. A redução local é causada pela capacidade de transmissão insuficiente para transportar a eletricidade para onde há demanda.

O problema no oeste do Texas é a redução local. Os centros populacionais no sudeste gostariam de aproveitar toda a energia renovável produzida no oeste, mas não podem devido à capacidade limitada da rede de transmissão.

Ambos os tipos de redução econômica desperdiçam a energia, prejudicando a economia de energia renovável, uma vez que as usinas não são pagas por esta energia cortada.

A economia de energia eólica e solar está fortemente voltada para CAPEX com pouco ou nenhum OPEX, a lucratividade desses projetos depende da maximização da quantidade de eletricidade que a usina pode vender durante sua vida útil.

Portanto, ser forçado a cortar uma parte significativa da produção é terrível para a economia eólica e solar.

A redução é um problema crescente globalmente, particularmente no Texas.

Em 2021, 6% da produção eólica e 8% da solar foram reduzidas no ERCOT, correspondendo a um corte total de 7,4 TWh. Especialistas do setor assumem que o Texas hospeda 8% dos 10 G.W. da capacidade global de mineração de bitcoin, equivalente a um consumo anual de eletricidade de 7 TWh. Isso significa que mais energia renovável foi desperdiçada no Texas em 2021 do que o consumo de eletricidade de todos os mineradores de bitcoin do estado.

Existem basicamente três maneiras de aproveitar a redução local:

• linhas de transmissão;
• baterias;
• aproximar a demanda da oferta.

As linhas de transmissão são indiscutivelmente a solução de longo prazo mais impactante, mas geralmente são caras e demoradas para construir.

O ERCOT está estudando o potencial para aumentar a capacidade de transmissão. O valor de breakeven estimado dessas linhas é de 13,8 bilhões de dólares, e elas apenas estarão operacionais no início de 2030 e 2035.

As baterias podem se tornar parte da solução, mas a tecnologia ainda não atingiu um custo suficientemente baixo para que sejam economicamente viáveis para serem implantadas na escala necessária.

Além disso, as baterias têm capacidade de armazenamento limitada, portanto é recomendável que sejam acopladas a consumidores flexíveis de eletricidade que possam consumir energia em excesso quando a bateria estiver cheia.

3.2. Mineradores de Bitcoin podem ajustar seu consumo após a produção de energia renovável

Os mineradores de Bitcoin podem ajudar a reduzir o corte e aproveitar a frequência dos preços negativos da eletricidade, localizando-se estrategicamente perto das usinas eólicas e solares para retirar o excesso de energia. Isso é possível explorando o processo de interrupção a qualquer momento (interruptível) da mineração de bitcoin, para que os produtores eólicos e solares possam alternar entre fornecer energia para a rede e para mineradores de bitcoin, dependendo dos preços da energia.

A única ressalva para os mineradores de bitcoin é que eles devem aceitar que não poderão operar suas máquinas em 100% do tempo. Mas, essa é uma troca aceitável, caso o preço médio da eletricidade for muito baixo.

Para entender como os mineradores de bitcoin operam em redes com alta participação de energia eólica e solar, e aceitam o tempo de atividade (do inglês uptime) reduzido para conseguir custos de eletricidade mais baixos, precisamos observar a distribuição cumulativa dos preços da eletricidade no oeste do Texas em 2021.

Em fevereiro de 2023, o Texas sofreu uma tempestade devastadora de inverno que levou os preços de energia  para índices ainda mais voláteis do que o habitual.

Vemos que os preços da eletricidade eram na maioria baixos, com 85% dos preços abaixo de 40 dólares por MWh e preços negativos em 10% do tempo.

No lado direito da distribuição fica um pequeno número de preços extremamente altos que ocorreram quando o pico de demanda coincidiu com baixa produção eólica e solar.

Se um minerador de bitcoin operasse suas máquinas 100% do tempo no oeste do Texas em 2021, o custo médio da energia do minerador seria de 148 dólares por MWh, o que está próximo do ponto de breakeven de uma máquina com eficiência energética.

Mas, se o minerador tivesse desligado suas máquinas durante os períodos de 5% de preço mais alto, o minerador teria seu custo médio de energia reduzido de 148 para 24 dólares por MWh, o que teria ampliado seus lucros imensamente.

Essas possibilidades de reduzir os preços da energia evitando os picos dos preços mostram que os mineradores de bitcoin são incentivados a ajustar seu consumo de energia dependendo dos preços da energia, os tornando as cargas perfeitas em mercados voláteis de eletricidade com alta participação de energia renovável.

Muitos assumem erroneamente que reduzir seu tempo de atividade não é o melhor interesse para os mineradores de bitcoin. Esta suposição está equivocada, principalmente em mercados com alta participação de energia eólica e solar, que geralmente corresponde a preços voláteis de eletricidade. Isso é comprovado pela tabela abaixo, que mostra como várias reduções de tempo de atividade impactaram a economia de mineração de bitcoin no oeste do Texas em 2021.

Vemos que para o Antminer S19 – uma máquina de nova geração – o tempo de atividade ideal era de 95%, enquanto o Antminer S9 – uma máquina da geração antiga – deveria estar funcionando idealmente 85% do tempo.

Você vê a conexão?

Máquinas mais antigas têm menos tempo de atividade, porque precisam de preços de energia mais baixos para gerar fluxo de caixa positivo devido à menor eficiência energética. Consequentemente, as máquinas mais antigas são mais baratas e podem ter um melhor retorno sobre o investimento nas circunstâncias certas do que as máquinas mais novas.

3.3 Três modelos operacionais de mineração de bitcoin em redes eólicas e solares

Os mineradores podem utilizar de três modelos operacionais para ajudar a eliminar o excesso de energia em redes eólicas e solares, onde o tipo de hardware usado é de extrema importância.

Os modelos são:

• Conectado à rede com alto tempo de atividade;
• Behind the meter com alto tempo de atividade;
• Behind the meter com baixo tempo de atividade.

Modelo 1: Conectado à rede – Alto tempo de atividade

Aqui temos o modelo tradicional, onde o minerador de bitcoin é conectado à rede e se concentra em maximizar o tempo de atividade com máquinas de nova geração.

Conforme descrito no capítulo anterior, esses mineradores geralmente podem reduzir seus custos gerais de eletricidade participando de programas de resposta à demanda que ajudam a fortalecer a rede elétrica.

Um exemplo de tal instalação é da Riot em Rockdale no Texas, com uma capacidade desenvolvida de 400 MW.

Behind the meter – Alto tempo de atividade

Este segundo modelo é um modelo híbrido onde um minerador de bitcoin utiliza uma estrutura tipo co-location com uma usina eólica ou solar e usa máquinas de nova geração.

A mineradora alterna entre extrair eletricidade da usina e da rede para atingir o tempo de atividade necessário para amortizar as caras máquinas de nova geração.

Essa configuração é vantajosa para a usina de energia renovável, pois agora há duas opções:

• vender sua eletricidade para a rede;
• vender sua eletricidade para o minerador de bitcoin.

A opção adicional de minerar bitcoin pode somar os lucros que os produtores de energia renovável recebem por sua eletricidade. Além, também,  de reduzir o risco de expansão, uma vez que a usina tem um cliente behind-the-meter que está sempre disponível para comprar eletricidade, não importando o que aconteça na rede.

Além disso, como explicado anteriormente, muitas usinas eólicas e solares lutam com a redução.

Os projetos eólicos e solares geralmente vendem uma grande parte de sua futura produção de eletricidade por meio de um contrato de compra de energia (da sigla PPA) como parte do financiamento do projeto.

Devido à forma como os PPAs são estruturados, a redução significa que a usina eólica ou solar deve oferecer uma oferta mais alta para o PPA, tornando este menos competitivo, fazendo com que o projeto não obtenha o financiamento necessário.

Ao ter um minerador de bitcoin behind-the-meter para consumir toda a energia anteriormente cortada, a usina eólica ou solar pode eliminar a redução, tornando a usina mais competitiva no mercado de energia.

Modelo 3: Behind the meter – Baixo tempo de atividade

O terceiro modelo é totalmente fora da rede (off-grid), e a mineradora usa apenas a energia gerada pela usina de energia renovável em co-location.

Como os fatores de capacidade médio para a energia eólica e solar nos Estados Unidos são de apenas 35% e 25%, respectivamente, a carga de mineração de bitcoin behind-the-meter deve ter uma capacidade menor do que a capacidade nominal da usina.

No caso de um parque eólico com uma capacidade nominal de 100 MW e um fator de capacidade de 35%, uma carga de mineração de bitcoin behind-the-meter seria de 35 MW e pode esperar próximo de 100% do tempo de atividade.

Ainda assim, os operadores geralmente buscam um tempo de atividade menor, já que a usina também venderá energia para a rede, e logo máquinas mais antigas com CAPEX menor devem ser usadas aqui.

As usinas eólicas e solares devem solicitar uma conexão à rede, um processo que pode levar muitos anos e envolve riscos. Assim, somente no ERCOT, 107 GW de energia solar e 20 G.W. de vento estão esperando na fila de interconexão de rede.

Muitos desses projetos em espera podem se inicializar por conta própria com a mineração de bitcoin enquanto esperam por uma conexão de rede, isso exigirá que o projeto combine sua capacidade nominal com a capacidade de mineração de bitcoin, o que significa que a operação de mineração de bitcoin fora da rede terá um tempo de atividade abaixo do ideal devido aos fatores de baixa capacidade de vento e solar.

Ainda assim, conforme mostrado na tabela acima, um tempo de atividade em torno 35-40% com um minerador da geração antiga não é o fim do mundo e pode ser visto como um custo de desenvolvimento, pois a usina pode ser conectada à rede posteriormente.

3.4. Como a mineração de bitcoin afeta o mercado de energia

É comum para todos os três modelos operacionais que eles estabilizem os preços da eletricidade.

Ao comprar eletricidade quando a energia renovável é abundante e os preços são baixos, os mineradores de bitcoin fornecem uma pressão de demanda que pode elevar os preços mais baixos da eletricidade, melhorando a economia das usinas de energia renovável.

A figura acima ilustra a distribuição de carga de um sistema elétrico e seis maneiras diferentes de manipulá-lo.

Os mineradores de Bitcoin impactam o sistema por meio de um mecanismo chamado “preenchimento do vale” (do inglês valley filling), que eleva a carga base sem elevar a carga de pico, já que os mineradores de Bitcoin são altamente incentivados a desligar suas máquinas quando a eletricidade é escassa e os preços estão altos.

Uma carga base mais alta melhora a economia da energia renovável e incentiva a construção de capacidade adicional.

3.5. Mineração de Bitcoin em comparação com baterias e hidrogênio

Embora muitos profissionais de energia reconheçam que a mineração de bitcoin ajuda a estabilizar os preços de energia em sistemas elétricos com uma alta participação de energia renovável, alguns levantam um ponto válido: “Por que não usar baterias ou produção de hidrogênio?”

Vamos começar comparando a mineração de bitcoin com baterias.

Primeiro, a mineração de bitcoin tem um papel fundamentalmente diferente do que uma bateria em um sistema de energia, já que a mineração de bitcoin é uma carga, enquanto uma bateria é uma tecnologia de armazenamento de energia.

A bateria tem uma vantagem sobre o minerador de bitcoin, pois pode armazenar energia e fornecê-la posteriormente à rede. Sendo assim, esse recurso também pode ser uma desvantagem, já que a bateria tem uma capacidade de armazenamento limitada.

A maior bateria do Texas tem capacidade nominal de 260 MW e capacidade de armazenamento de 260 MWh, o que significa que leva apenas uma hora para carregar e descarregar.

Compare isso com uma instalação de mineração de bitcoin, que pode absorver energia por horas ilimitadas. Por causa dessas diferenças, baterias e mineração de bitcoin podem ser tecnologias complementares. Block, Blockstream e Tesla estão atualmente desenvolvendo um sistema de energia que combina uma usina solar, uma instalação de mineração de bitcoin e baterias, onde a usina solar envia eletricidade para a rede ou para a bateria, dependendo da economia.

Como mineração de bitcoin e bateria possuem dois papéis diferentes em sistemas de energia, devemos comparar a mineração de bitcoin com outras tecnologias power-to-x, como a produção de hidrogênio.

Mesmo assim, existem algumas diferenças. Em primeiro lugar, enquanto os mineradores de bitcoin são completamente independentes de localização, a produção de hidrogênio requer acesso a um mercado para vender o hidrogênio, o que significa que o processo de produção deve estar localizado próximo a uma rede logística. Além disso, a produção de hidrogênio não é um processo totalmente interruptível, pois os produtores têm contratos a cumprir e produtos físicos a enviar.

Assim, as considerações da cadeia de suprimentos na produção de hidrogênio significam que a eletricidade provavelmente terá um peso menos importante de custos na estrutura para os produtores de hidrogênio do que para os mineradores de bitcoin.

Por causa disso, os produtores de hidrogênio provavelmente irão superar os mineradores de bitcoin nos preços de energia, forçando os mineradores a buscar os recursos mais ociosos de energia, e os produtores de hidrogênio não podem aproveitar devido a sua localização limitada. Isso significa que tanto a mineração de bitcoin quanto a produção de hidrogênio podem desempenhar papéis essenciais na retirada do excesso de energia renovável no futuro, pois uma não exclui a outra.

3.6. Mineração de Bitcoin melhora a economia da energia renovável

A combinação de independência de localização, interruptível e modularidade na mineração de Bitcoin, torna este o comprador perfeito de energia renovável ociosa.

Os mineradores de Bitcoin podem procurar áreas com excesso de energia eólica e solar e construir um data center do tamanho exato, necessário para consumir o excesso de energia.

Assim, ter uma carga de mineração de bitcoin próximo a parques eólicos e solares localizados remotamente evita a redução e os preços negativos de energia e melhora a economia desses projetos.

A mineração de Bitcoin pode se tornar mais essencial para a transição energética do que a maioria das pessoas pensam, visto que a economia futura de projetos eólicos e solares depende de consumidores flexíveis, como mineradores de bitcoin, que podem comprar energia em excesso.

4. Aproveitando a queima de gás natural com mineração de bitcoin

O gás natural é produzido como subproduto da perfuração de petróleo. O aproveitamento desse gás para consumo nem sempre é economicamente viável para os produtores de petróleo.

Nesses casos, o produtor de petróleo acaba queimando o gás in loco (refinaria) em um processo chamado gás flaring.

A queima do gás cria emissões de CO2 sem derivar qualquer utilidade. Além disso, o processo de flaring libera enormes quantidades do potente gás metano, do efeito estufa, ao invés de usar o gás dentro de um ambiente controlado para gerar eletricidade.

4.1 A queima do gás (flaring) é um potencial poluente

O óleo despressuriza na superfície em líquidos e gases (principalmente metano) na extração do óleo.

O gás vale menos que o petróleo em volume e é mais difícil de transportar, portanto a maioria das empresas petrolíferas considera o gás um centro de custo.

Se o campo de petróleo estiver localizado próximo a centros populacionais, pode ser economicamente viável construir oleodutos e transportar o gás para uso como eletricidade ou aquecimento. Mas em muitos locais de perfuração de petróleo, este não é o caso. O produtor de petróleo então opta por despachar o gás da maneira mais econômica, que é simplesmente queimar o gás em um processo chamado de gás flaring.

O gás flaring emitiu mais de 500 megatons equivalentes de CO2 em 2020. Supondo que um carro típico emita cerca de 4,6 toneladas de dióxido de carbono por ano, as emissões do gás flaring equivalem a mais de 100 milhões de carros.

Em comparação, a geração de eletricidade usada pela indústria de mineração Bitcoin que emitiu 41 megatons equivalentes de CO2 em 2021 – apenas 8% do gás flaring.

Em vez disso, o gás queimado poderia produzir quase 700 TWh por ano, o que é mais do que o consumo de eletricidade de todos os países do mundo.

O gás flaring ocorre em locais de produção de petróleo, portanto está geograficamente concentrado. As regiões petrolíferas mais intensas são encontradas nos EUA, Oriente Médio, Sibéria (Russia) e África. Desses, a Rússia é o maior queimador de gás, queimando cerca de 25 bilhões de metros cúbicos de gás por ano.

Iraque em segundo e Irã em terceiro como maiores países em volume de queima, queimando cerca de 30 bilhões de metros cúbicos de gás combinados.

Os Estados Unidos, onde muitos produtores de petróleo menores são incapazes de coordenar a construção de oleodutos, a queima é cerca de 12 bilhões de metros cúbicos de gás por ano, enquanto a Argélia totaliza cerca de 10 bilhões de metros cúbicos por ano, completando os 5 principais países na queima por volume.

4.2 Mineração de Bitcoin pode ajudar a aproveitar o gás flaring natural

A mineração de Bitcoin está emergindo como a tecnologia que reduzirá a queima do gás natural.

A queima existe devido às dificuldades em levar o gás natural ao mercado, mas a mineração de bitcoin resolve esse problema levando o mercado ao gás natural.

Mas, como isso funciona?

O gás natural previamente queimado é bombeado para um gerador, onde é queimado dentro de um ambiente controlado para produzir eletricidade. Essa eletricidade é então usada para alimentar máquinas que produzem bitcoin. A receita da operação de mineração de bitcoin é usada para financiar a infraestrutura.

Por exemplo, ao queimar o gás natural em um ambiente controlado dentro de um gerador elétrico, a tecnologia Digital Flare Mitigation® da Crusoe Energy pode queimar 99,89% do metano, comparado com apenas cerca de 93% com flaring.

Isso reduz as emissões equivalentes de CO2 em cerca de 63% em comparação com a queima contínua por flaring. Além de reduzir as emissões e evitando vazamentos de metano, os mineradores de bitcoin de campos petrolíferos superam os mineradores de bitcoin conectados à rede e compensam seu consumo de energia.

Os números mostram que o aproveitamento da queima de gás pela mineração de bitcoin é talvez a ferramenta mais poderosa em nossa caixa de ferramentas para reduzir as emissões de gases de efeito estufa.

Por cada capacidade de megawatt instalada, um sistema de mineração de bitcoin pode fornecer uma redução anual de 9.482 toneladas de emissões equivalentes de CO2, em comparação com 1.917 para energia eólica e 1.278 para energia solar.

É também a maneira mais econômica de reduzir as emissões.

Por cada 1.000 dólares investidos, um sistema de mineração de bitcoin reduz as emissões de 6,32 toneladas de equivalentes de CO2 por ano, em comparação com 1,3 para energia eólica e 0,98 para energia solar.

A mineração de Bitcoin serve como um cliente que pode monetizar o gás natural e ajudar a financiar a infraestrutura necessária para reduzir as emissões da queima.

Vimos um crescimento em massa da mineração de bitcoin em campos de petróleo nos últimos anos. O crescimento está concentrado nos Estados Unidos e Canadá, mas também temos visto alguns projetos em outras regiões onde a queima é um grande problema, como Rússia e Oriente Médio.

Ambas as forças econômicas e ambientais impulsionam o aumento da mineração de bitcoin em campos petrolíferos.

A queima de gás natural no local é um desperdício de um recurso econômico que o produtor de petróleo gostaria de vender para obter renda.

Ao minerar bitcoin, por conta própria ou por meio de terceiros, o produtor de petróleo pode ganhar algum dinheiro com o gás em vez de desperdiçar.

Preocupações ambientais e regulamentações de gás flaring desempenham o papel mais importante em pressionar os produtores de petróleo a mergulharem na mineração de bitcoin. Isso é essencialmente visto nos Estados Unidos, onde as regulamentações estaduais limitam a quantidade que produtores de petróleo podem queimar como uma porcentagem de sua produção total.

Vários dos maiores países e empresas produtoras de petróleo do mundo endossaram a iniciativa do Banco Mundial de “Zero Routine Flaring by 2030″(Rotina Zero de Flaring até 2030) e o “Global Methane Pledge”(Compromisso Global de Metano).

Essas iniciativas são os principais impulsionadores para a redução da queima e provavelmente resultarão em uma regulamentação ainda mais rigorosa à medida que nos aproximamos de 2030.

Várias empresas e modelos de negócios surgiram nesse nicho de rápido crescimento. A maior empresa, Crusoe Energy, assina contratos de compra de gás com os principais produtores de petróleo, instala e opera seu sistema de aproveitamento de gás flaring perto dos poços de petróleo. A Crusoe Energy denominou o conceito de “Digital Flare Mitigation®”.

Crusoe ajudou várias empresas de petróleo a reduzir a queima de suas operações nos Estados Unidos, incluindo ExxonMobil e Equinor. Crusoe planeja entrar no Oriente Médio por meio de um escritório em Omã como parte de sua parceria com o governo de Omã.

Outra empresa líder nesse nicho é a Upstream Data, que foi pioneira no conceito em 2017. O modelo de negócios dessa empresa canadense difere de Crusoe porque em vez de simplesmente comprar o gás, a Upstream Data vende equipamentos diretamente aos produtores de petróleo para que eles mesmos possam minerar bitcoin. Outras empresas com modelos de negócios semelhantes incluem E.Z. Blockchain, Giga Energy e Jai Energy.

Quais propriedades do processo de mineração de bitcoin fazem dele o melhor cliente de gás natural encalhado?

Os poços de petróleo geralmente estão localizados em locais remotos, onde é difícil configurar e operar outras operações power-to-x com uso intensivo de energia. Como a mineração de bitcoin é um processo que é independente de localização, os mineradores de bitcoin vêm diretamente aos poços de petróleo para consumir o excesso de gás natural.

Além disso, uma vez que os locais de petróleo produzem quantidades decrescentes de excesso de gás natural à medida que o tempo passa, um offtaker deve ser capaz de reduzir sua operação de forma modular.

A mineração de Bitcoin é um processo modular, pois você pode combinar diferentes números de máquinas em diferentes níveis de uso de energia. E também quando os poços de petróleo se esgotam, o consumidor deve ser capaz de seguir o produtor de petróleo para um novo local.

Um sistema de mineração de bitcoin pode ser construído em um contêiner, o tornando altamente portátil.

A combinação de independência de localização, modularidade e portabilidade da mineração de Bitcoin o torna um offtaker ideal para gás natural encalhado. Isso torna a mineração de Bitcoin uma ferramenta valiosa em nossa caixa de ferramentas para aproveitar a queima de gás.

5. Aproveitamento do calor residual da mineração de bitcoin

Fornecer aquecimento para residências, indústrias e outras aplicações é o maior uso final da energia no mundo, respondendo por quase metade do consumo final da energia global produzida em 2021.

Os processos industriais são responsáveis por 51% da energia consumida para aquecimento, enquanto que 46% são consumidos em edifícios para aquecimento de ambientes e água , e em menor porcentagem para cozinhar. O restante é usado na agricultura, principalmente para o aquecimento de estufas.

Respondendo por metade do uso da energia do mundo, o aquecimento também é a maior fonte de emissões globais de CO2. O aquecimento é responsável por cerca de 40% das emissões mundiais de CO2 e 30% das emissões equivalentes de CO2.

Os combustíveis fósseis são a fonte de energia para aquecimento mais comum, representando cerca de 3/4 do mix de energia.

O 1/4 restante é dividido quase igualmente entre o uso tradicional de biomassa e as energias renováveis modernas.

5.1. Mineração de Bitcoin gera muito calor

Você já se perguntou o que acontece com toda a eletricidade que entra nas máquinas de mineração de bitcoin?

A eletricidade passa por hashboards para produzir hashes que o minerador vende para um pool de mineração que envia um fluxo contínuo de bitcoin de volta.

A máquina não apenas gera bitcoin, mas também uma grande quantidade de calor à medida que a eletricidade se dissipa nos hashboards resistivos.

A indústria de mineração de bitcoin gera cerca de 100 TWh de calor anualmente, mais que suficiente para aquecer a Finlândia.

A maior parte do calor da mineração de bitcoin não é capturada e reaproveitada, mas bombeada dos data centers para o ar.

5.2 Mineradores de Bitcoin podem aproveitar seu calor residual para aquecimento urbano ou produção de alimentos

O calor é um subproduto da mineração de bitcoin, e os mineradores estão começando a ver o potencial na recuperação desse calor.

Esse foco crescente é impulsionado principalmente pela oportunidade de reduzir custos à medida que a indústria se torna cada vez mais competitiva, mas a possibilidade de reduzir as emissões de carbono também é uma força motriz.

A maioria das inovações na recuperação de calor por mineração de bitcoin acontece em áreas mais frias como Canadá e Escandinávia, onde o calor é mais valioso do que em centros de mineração de bitcoin mais quentes como no Texas.

A eliminação do calor é o maior desafio de engenharia na mineração, razão pela qual as primeiras instalações industriais de mineração foram construídas em ambientes mais frios.

Os mineradores podem utilizar duas tecnologias diferentes para resfriar suas máquinas. O mais comum é o resfriamento a ar. O resfriamento por imersão é um novo método no qual a máquina é totalmente submersa em um líquido termicamente condutor com propriedades isolantes maiores do que o ar comum.

Entretanto, é muito mais caro construir um sistema de refrigeração por imersão do que um sistema tradicional de refrigeração a ar, mas também oferece recursos de refrigeração superiores.

Ao aproveitar o calor, um minerador deve idealmente usar o resfriamento por imersão, pois o fluido transporta o calor com muito mais eficiência e é mais fácil de redirecionar do que o ar.

Ainda é possível aproveitar o calor da mineração de bitcoin usando resfriamento a ar, mas é muito menos eficiente do que o resfriamento por imersão, que pode recuperar 96% do calor.

Outro fator a ser lembrado é que os mineradores de bitcoin geram calor entre 40ºC e 50ºC, embora seja possível operar as máquinas a temperaturas de até 80ºC. Isso é considerado calor de baixo grau e não pode ser usado para alguns fins que exigem temperaturas mais altas.

Ainda assim, os mineradores de bitcoin que geram calor de baixo grau podem fornecer aquecimento de carga base para muitos propósitos, incluindo aquecimento urbano e produção de alimentos. Passaremos agora a alguns exemplos.

Aquecimento urbano

A empresa canadense Mintgreen é pioneira no aproveitamento do calor residual da mineração de bitcoin.

Esta posição de liderança permitiu a eles trabalhar com a cidade de North Vancouver para fornecer calor para 100 edifícios com 7.000 apartamentos. Isso envolve um contrato de compra de calor ao longo de 12 anos, no qual a Lonsdale Energy Corp., a empresa de aquecimento que pertence ao distrito da cidade, compra uma carga básica de calor gerada pelas Digital Boilers® da proprietária Mintgreen que são alimentadas por energia renovável.

As Digital Boilers® contêm máquinas de mineração de bitcoin que são resfriadas por imersão. Uma bomba conduz o fluido de resfriamento(não condutor) para um sistema de troca de calor, que transmite o calor diretamente ao sistema de aquecimento urbano da Lonsdale Energy Corp.

Produção de alimentos

Muitos processos de produção de alimentos exigem uma baixa carga base de calor a qual os mineradores de bitcoin podem fornecer.

Em 2020, a Mintgreen começou a trabalhar com a Shelter Point Distillery para fornecer calor gerado pela mineração de bitcoin a seu processo de produção de uísque.

O produtor de uísque precisa de energia térmica para o processo de envelhecimento em barris. Mintgreen projetou uma máquina de envelhecimento de uísque movida a mineração de bitcoin que permite envelhecer o uísque mais rápido do que seria sem o calor extra.

Vários mineradores na Escandinávia estão planejando ou já redirecionando ativamente seu excesso de calor. O Genesis Mining está participando de um projeto de pesquisa no norte da Suécia que estuda as perspectivas de aproveitar o calor residual da mineração de bitcoin para cultivar frutas e vegetais em estufas. Eles fazem isso canalizando o ar quente das máquinas para uma estufa. O projeto descobriu que um contêiner de mineração relativamente pequeno de 600 kW fornece calor suficiente para uma estufa de 300 m2, mesmo em temperaturas de inverno rigorosas a -30ºC.

A maioria dos mineradores na Noruega está planejando como aproveitar o calor residual da mineração de bitcoin para a produção de alimentos. Os planos incluem o fornecimento de calor para estufas, como produtores de algas e salmão.

As mineradoras norueguesas estão atualmente sob forte pressão política devido ao seu consumo de energia, e aproveitar o excesso de calor de suas operações é uma maneira de mostrar que a mineração oferece benefícios ambientais.

Devido a esses incentivos políticos, provavelmente veremos uma enorme inovação de calor de mineração de bitcoin na Noruega durante os próximos anos.

5.3. Aproveitar o calor residual da mineração de bitcoin reduz os custos de aquecimento e reduz as emissões de carbono

Aproveitar o calor da mineração de bitcoin tem três vantagens principais: a primeira, a receita da mineração de bitcoin subsidia o custo da eletricidade usada para produzir o calor.

A Mintgreen pode competir no mercado de aquecimento urbano e usar o pagamento da venda do calor para reduzir sua taxa de eletricidade para uma das mais baixas na indústria de mineração de bitcoin. Sua competitividade na mineração de bitcoin reduz ainda mais o risco para que eles possam entrar em acordos de compra de calor por uma década.

Os custos reduzidos de aquecimento também permitem o aumento da produção de alimentos nas regiões do norte, historicamente consideradas muito frias para a produção extensiva de alimentos.

De acordo com Mattias Vesterlund, pesquisador sênior da RISE na Suécia que cooperou com a Genesis Mining em seu projeto de estufa, disse: “um data center de 1 MW teria a capacidade de fortalecer a autossuficiência local em até 8% com produtos que são competitivos no mercado“.

Uma instalação de mineração de bitcoin de 1 MW é relativamente pequena, então só podemos imaginar o que um data center de 100 MW poderia fazer.

Além de reduzir os custos de aquecimento, o uso de mineração de bitcoin para aquecimento urbano pode reduzir as emissões de carbono se as máquinas forem alimentadas por eletricidade renovável.

O CEO da Mintgreen, Colin Sullivan, estima que a empresa economize 20.000 toneladas de emissões de carbono durante o prazo esperado de 12 anos da parceria de aquecimento urbano. A economia de CO2 vem da substituição das caldeiras de gás natural que o sistema de aquecimento urbano da cidade está usando.

Em terceiro lugar, redirecionar o calor da mineração de bitcoin é essencialmente usar a mesma energia duas vezes. Isso compensa a energia selada pela indústria de mineração de bitcoin, uma vez que supera a de outros mineradores que não estão aproveitando seu calor.

A Mintgreen estima que seu sistema de aquecimento urbano de mineração de bitcoin fornece uma redução anual de 3.100 toneladas de CO2 por MW.

Desse valor, 1.300 toneladas vêm de 1 MW de consumo de energia que é compensado na indústria de mineração de bitcoin, e uma redução de 1.800 toneladas de 1 MW na redução de aquecimento a gás natural.

Além de reduzir os custos de aquecimento e as emissões de carbono, redirecionar o excesso de calor nas operações de mineração pode acabar afetando a distribuição geográfica da indústria de mineração de bitcoin.

Atualmente as operações de mineração de bitcoin estão centradas em regiões com eletricidade abundante e barata. Como os custos de aquecimento e preços da eletricidade estão correlacionados, um minerador que aproveita seu calor pode operar em locais anteriormente considerados inadequados para mineração de bitcoin devido aos altos preços da eletricidade.

Duas propriedades principais tornam a mineração de bitcoin superior para recuperação de calor, se comparado com outras indústrias de uso intensivo de energia.

1. Primeiro, a independência de localização da mineração de bitcoin significa que um minerador de bitcoin pode levar sua operação a qualquer lugar onde seja necessário calor.
2. Em segundo lugar, a mineração de bitcoin é um processo modular e pode ser dimensionado para fornecer apenas a quantidade de calor necessária.

Essas características permitiram que empresas como a Mintgreen construíssem aquecedores movidos a mineração de bitcoin, que subsidiam seus custos de aquecimento com a receita da mineração.

Provavelmente continuaremos vendo uma grande inovação no aproveitamento do aquecimento da mineração de bitcoin.

O aumento dos preços da eletricidade e custos de aquecimento levará os mineradores e os consumidores de aquecimento a buscar soluções criativas para reduzir seus custos.

6. O Futuro da mineração de Bitcoin

A mineração de Bitcoin possui uma combinação de propriedades que a torna um consumidor de energia excepcionalmente flexível.

Essa flexibilidade permite que os mineradores de bitcoin forneçam saídas positivas para vários sistemas globais de energia, incluindo o fortalecimento de redes elétricas vulneráveis, melhorando a economia de energia renovável, aproveitando a queima de gás natural e reduzindo os custos de aquecimento com o aproveitamento do calor residual.

Os mineradores de bitcoin não apenas têm a oportunidade de agregar valor aos sistemas de energia – mas também são economicamente incentivados a fazer.

À medida que a indústria de mineração de bitcoin amadurece, provavelmente se tornará a indústria mais competitiva de todos os tempos. Os mineradores produzem uma commodity que não pode ser diferenciada e só pode competir em custos. É também uma indústria global difícil de regular e com poucas barreiras de entrada.

Devido a essas características da indústria, forças competitivas implacáveis irão gradualmente apagar as margens de lucro dos mineradores, exceto aqueles com acesso à eletricidade muito barata.

Como entidades que maximizam o lucro, os mineradores serão incansáveis em sua busca por eletricidade mais barata. Sendo pagos para estabilizar a rede, vendendo calor residual, aproveitando gás natural ou energia renovável, um minerador pode obter custos de eletricidade significativamente mais baixos do que um minerador que extrai energia passivamente da rede.

Este relatório destacou quatro maneiras pelas quais a mineração de bitcoin pode agregar valor aos sistemas de energia, mas poderíamos ter acrescentado várias outras.

Optamos por limitar nosso relatório a esses quatro porque eles já estão acontecendo em grande escala. Ainda assim, outras maneiras de explorar a flexibilidade da mineração de bitcoin para beneficiar os sistemas de energia podem surgir e se tornar ainda mais significativas do que aquelas em que nos concentramos neste relatório.

Um exemplo é a mineração de bitcoin que financia a infraestrutura de energia em países em desenvolvimento com pouca demanda local de eletricidade.

Algumas fontes de energia renovável, como geotérmica e hidrelétrica, exigem enormes custos de financiamento, mas quando as usinas são construídas elas fornecem energia a custo marginal zero.

Devido à demanda limitada de eletricidade local, muitos países em desenvolvimento têm um vasto potencial hidrelétrico ou geotérmico, mas pouco ou nenhum desenvolvimento.

A natureza global da mineração de bitcoin significa que tal infraestrutura pode ser parcialmente financiada pela mineração de bitcoin.

O que torna a mineração de bitcoin uma ferramenta de energia tão inovadora não é simplesmente ser um consumidor de energia excepcionalmente flexível, mas sim os incentivos financeiros que se somam.

Com incentivos semelhantes, as indústrias de mineração de bitcoin e energia devem trabalhar juntas para resolver alguns dos nossos maiores problemas de energia.

Avisos e Isenção de responsabilidade

• Como a mineração de Bitcoin pode transformar a indústria de energia (o “Relatório”) da Arcane Research é um relatório com foco em criptomoedas. As informações publicadas no relatório visam difundir o conhecimento e resumir os desenvolvimentos no mercado e na indústria de criptomoedas.
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Escrito por

Area Bitcoin

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