Abstrakt

In dieser Studie zeigen wir, dass es nicht nur machbar, sondern auch wirtschaftlich sinnvoll und ökologisch vorteilhaft ist, Deponiegas (LFG) für die Berechnung digitaler Vermögenswerte (z. B. Bitcoin-Mining) zu verwenden. Um diese Theorie zu untermauern, hat sich Marathon mit Nodal Power zusammengetan, um die Überkapazitäten ihres Projekts zu nutzen, das ausschließlich mit Methangas aus Deponien betrieben wird. Diese Partnerschaft nutzte die patentierte Technologie von Nodal und nutzte erfolgreich Methan aus einer Deponie, wandelte es in Elektrizität um und nutzte es zur Stromversorgung des Rechenzentrums vor Ort. Dieser Prozess erwies sich als durchweg zuverlässig, mit hoher Verfügbarkeit und erwies sich für Marathon und Nodal als finanziell vorteilhaft. Die Stromkosten waren wesentlich niedriger als der Branchendurchschnitt, und die Deponie generierte Einnahmen aus einer bisher ungenutzten Ressource, die sonst verschwendet worden wäre. Darüber hinaus reduzierte die Stromversorgung mit Deponiegas die Methanemissionen effizient. In Szenarien, in denen die Deponie auf das Abfackeln des Methans zurückgegriffen hätte, erwies sich die Berechnung digitaler Vermögenswerte als wirksamer bei der Emissionsminderung.

Bei diesem Pilotprojekt handelte es sich um Marathons ersten erfolgreichen Testlauf zum Thema „Energiegewinnung“. Dazu gehören Initiativen zur Umwandlung von Abfall in Energie, zur Rückgewinnung von Methangas, zur Stabilisierung der Energienetze durch Nutzung ungenutzter oder überschüssiger Energie und zur Wiederverwendung der von Rechenzentren erzeugten Wärme für industrielle und kommerzielle Zwecke.

Einführung

Methan ist ein starkes Treibhausgas mit einem über einen Zeitraum von 20 Jahren 80-mal höheren Treibhauspotenzial als Kohlendioxid. Laut der Global Methane Assessment „wird die Erde durch eine Reduzierung der Methanemissionen im nächsten Jahrzehnt deutlich kühler bleiben als durch Versuche, allein die Kohlendioxidemissionen zu senken.“ In unserem Bericht „Cashing in on Trash“ haben wir darauf hingewiesen, dass Mülldeponien für 11 % der weltweiten Methanemissionen verantwortlich sind. Neueste Studien legen nahe, dass diese Emissionen 1,4- bis 2,6-mal höher sein könnten als bisher angenommen.

Da Mülldeponien große Methanemittenten sind, waren wir davon überzeugt, dass wir diese Deponien mithilfe unserer digitalen Rechentechnologien nachhaltiger machen können. Große Deponien, die ausreichende Mengen Methan produzieren können, haben die Option, ihre Emissionen durch Technologien zur Umwandlung von Abfall in Energie wirtschaftlich zu reduzieren. Diese Standorte können das aufgefangene Methan in zwei Formen nachhaltiger Energie umwandeln: 1) Strom, der an das Stromnetz verkauft werden kann, und 2) erneuerbares Erdgas, das über Pipelines verteilt werden kann. Leider sind herkömmliche Methoden zur Umwandlung von Abfall in Energie für kleinere oder entlegenere Deponien oft nicht durchführbar oder wirtschaftlich. In unserem Bericht haben wir eine praktikablere Win-Win-Lösung vorgeschlagen, die unserer Meinung nach heute für kleinere Deponien durchführbar ist: Methan aus Mülldeponien auffangen, in Strom umwandeln und damit digitale Rechenzentren mit Strom versorgen, um die Methanemissionen wirtschaftlich zu reduzieren.

Um unsere Theorie zu testen, startete Marathon ein Pilotprojekt, indem es sich der netzunabhängigen Rechenanlage für digitale Vermögenswerte von Nodal anschloss, um ein Bitcoin-Rechenzentrum mit 100 % erneuerbarer, netzunabhängiger Energie aus einer Mülldeponie zu betreiben.

Pilotdetails

  • Standort: Utah, USA

  • Startdatum: 27. September 2023

  • Pilotstatus: Laufend

  • Dauer: 240+ Tage

  • Leistung: 270 kW

  • Computerausrüstung: 83 S19J-Profis

  • Operative Hash-Rate (Rechenleistung): 8,3 PH/s

Abbildung 1: Marathons und Nodals Projekt

Quelle: Nodal Power

Quelle: Nodal Power

Die Ergebnisse dieses Pilotprojekts bestätigten unsere anfängliche Theorie. Marathon und Nodal nutzten Methan aus der Deponie und wandelten es in Strom um, um ein digitales Rechenzentrum zu betreiben. Die Deponie konnte ihre Methanemissionen erfolgreich reduzieren und gleichzeitig einen Einnahmestrom generieren, den sie sonst nicht hätte erzielen können. Marathon und Nodal erzielten Energiekosten, die deutlich unter dem Branchendurchschnitt lagen, und hielten eine überdurchschnittliche Betriebszeit aufrecht. Darüber hinaus war dies Marathons erster erfolgreicher Versuch zur „Energiegewinnung“, was einen bedeutenden Meilenstein in unserer Entwicklung nachhaltiger und integrativer Energieprojekte darstellt. Zu diesen Projekten gehören die Umwandlung von Abfall in Energie, die Rückgewinnung von Methangas, die Stabilisierung des Energienetzes durch Nutzung ungenutzter oder überschüssiger Energie und die Wiederverwendung von durch Bergbausysteme erzeugter Wärme für industrielle und kommerzielle Prozesse.

Definitionen und Berechnungen der wichtigsten Kennzahlen

Während unseres Pilotprojekts haben wir verschiedene Kennzahlen verfolgt, um die Wirksamkeit und Wirkung unserer Aktivitäten zu bewerten. Im Folgenden sind die in diesem Bericht verwendeten Schlüsselkennzahlen aufgeführt, jeweils mit ihrer Definition und Berechnungsmethode.

Durchschnittliche operative Hash-Rate

Die durchschnittliche Hash-Rate oder Rechenleistung, die während eines bestimmten Zeitraums von allen betriebsbereiten Rechengeräten für digitale Assets generiert wurde, gemessen in Petahashes pro Sekunde (PH/s).

Vom Pool gemeldete Hash-Rate pro Tag / Tage insgesamt

Betriebszeit

Der Prozentsatz der Zeit, in der die Computergeräte funktionsfähig und aktiv waren.

Betriebszeit = Minuten mit vom Pool gemeldeter Hash-Rate / Gesamtminuten

Verwendetes Methan

Das Volumen an Methangas (CH4), das zur Stromerzeugung genutzt wurde, gemessen in Standardkubikfuß (SCF).

Verwendetes CH4 (SCF) = Durchschnittliche Petahash (PH/s) × Methan-Nutzungsrate (SCF/PH/s/Tag) × Tage

Kohlendioxid-Äquivalent-Emissionen (C02e)

CO2e quantifiziert die Auswirkungen verschiedener Treibhausgase wie Methan auf die globale Erwärmung, indem ihre Wirkung mit der einer entsprechenden Menge Kohlendioxid verglichen wird. Dieser Vergleich basiert auf dem Treibhauspotenzial (GWP) jedes Gases, einem Faktor, der die vergleichbare Erwärmungswirkung einer Einheit des Gases im Verhältnis zur gleichen Einheit CO2 über einen bestimmten Zeitraum darstellt. Wir haben einen GWP-Zeitrahmen von 20 Jahren (Faktor: 84) und 100 Jahren (Faktor: 28) verwendet.

C02e = verbrauchtes CH4 in Pfund * GWP-Faktor

Hinweis: Wir sind davon ausgegangen, dass ein SCF CH4 0,045 Pfund bei einer Atmosphäre und 80 Grad Fahrenheit entspricht.

Durchschnittliche Brennstoffkosten pro Kilowattstunde (kWh)

Die durchschnittlichen Stromkosten pro kWh beinhalten Betriebs- und Wartungskosten.

Durchschnittliche Brennstoffkosten pro kWh =

(SCF × 0,001002 Dekatherm pro SCF × Methangehalt in Prozent × Rate pro Dekatherm / kWh) + (Betriebs- und Wartungskosten / kWh)

Ergebnisse

Die in diesem Abschnitt vorgestellten Ergebnisse spiegeln die ersten 240 Tage des Pilotprojekts wider, die sich vom 27. September 2023 bis zum 24. Mai 2024 erstrecken. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Erkenntnisse nicht die gesamte Dauer des Projekts umfassen, sondern sich speziell auf diesen Zeitraum konzentrieren.

Verwendetes Methan

Im Laufe von 240 Tagen haben wir etwa 16,1 Millionen SCF Methan verbraucht. Diese Zahl wurde anhand der täglichen Verbrauchsrate geschätzt, die bei etwa 8.400 SCF Methan pro betriebenem Petahash lag.

Hätten wir dieses Methan nicht genutzt, hätte es die Deponie abgefackelt. Obwohl das Abfackeln das Treibhausgaspotenzial von Methan durch Umwandlung in Kohlendioxid verringert, ist die Effizienz nur zu 92 %. Im Durchschnitt entweichen immer noch 8 % des abgefackelten Methans in die Atmosphäre. Indem wir das Methan umleiteten, um einen Kolbenmotor anzutreiben, der Strom für das Rechenzentrum von Nodal erzeugt, erreichten wir eine Minderungseffizienz von nahezu 100 %. Mit diesem Ansatz konnten wir täglich zusätzlich 672 SCF Methan pro Petahash einsparen, die sonst durch das Abfackeln nicht eingedämmt worden wären. Innerhalb von 240 Tagen verhinderten wir die Freisetzung von etwa 1,3 Millionen SCF Methan in die Atmosphäre.

Abbildung 2: Methan, das im LFG-Pilotprojekt von Marathon und Nodal genutzt wird (Dauer 240 Tage)

Quelle: Nodal Power

Auswirkungen des Kohlendioxidäquivalents

Um die Umweltauswirkungen unseres Pilotprojekts in einen Kontext zu setzen, haben wir dessen Methannutzung in Kohlendioxidäquivalenten berechnet und dabei einen GWP-Zeitrahmen von 20 und 100 Jahren verwendet.

Unseren Erkenntnissen zufolge haben wir bei den insgesamt 16,1 Millionen SCF Methan, die wir genutzt haben, bei einem GWP-Zeitrahmen von 20 Jahren die Freisetzung von ungefähr 60,9 Millionen Pfund CO2e und bei einem GWP-Zeitrahmen von 100 Jahren die Freisetzung von 20,3 Millionen Pfund CO2e verhindert.

Laut der Environmental Protection Agency (EPA) stößt ein durchschnittlicher Personenkraftwagen mit Benzinmotor jährlich etwa 9.200 Pfund CO2 aus.  Somit hat unser Projekt im Laufe von 240 Tagen das Äquivalent von 6.627 Personenkraftwagen mit Benzinmotor bei Verwendung des 20-Jahres-GWP-Zeitrahmens und 2.209 Personenkraftwagen mit Benzinmotor bei Verwendung des 100-Jahres-GWP-Zeitrahmens eingespart.

Wenn wir nur die zusätzlichen 1,2 Millionen SCF Methan berücksichtigen, die zusätzlich zum Abfackeln eingedämmt wurden, haben wir bei einem 20-jährigen GWP-Zeitrahmen die Freisetzung von etwa 4,8 Millionen Pfund CO2e und bei einem 100-jährigen GWP-Zeitrahmen von etwa 1,6 Millionen Pfund CO2e verhindert. Somit hat unser Projekt im Laufe von 240 Tagen das Äquivalent der jährlichen Emissionen von 530 gasbetriebenen Personenkraftwagen bei einem 20-jährigen GWP-Zeitrahmen und von 177 gasbetriebenen Personenkraftwagen bei einem 100-jährigen GWP-Zeitrahmen eingedämmt.

Abbildung 3: Kohlendioxidäquivalentes Methan, das im LFG-Pilotprojekt von Marathon und Nodal genutzt wird (Dauer 240 Tage)

Quelle: Nodal Power

Betriebseffizienz und Verfügbarkeit

Wir haben vor Ort einen Kolbenmotor verwendet, um das Methan in Elektrizität umzuwandeln. Dieser Motor erzeugte bis zu 10.000 BTU pro kWh, was einer Umwandlungseffizienz von etwa 34 % entspricht. Im Vergleich zu durchschnittlichen Kohlekraftwerken und bestehenden Kernkraftwerken, die mit einer Effizienz von etwa 32 % bzw. 33 % arbeiten, war der Generator von Nodal etwas effizienter.

Abbildung 4: Effizienz durchschnittlicher Erdgaskraftwerke, bestehender Kernkraftwerke und Kohlekraftwerke im Vergleich zu Nodals Vor-Ort-Kolbengenerator

Quelle: Nodal Power, EIA

Abbildung 5: Kolbengenerator und Rechenzentrum vor Ort

Quelle: Nodal Power

Um das Methan effektiv für den Generatorbetrieb nutzen zu können, wurde es außerdem in einer Gaskompressions- und -aufbereitungsanlage behandelt. In diesem entscheidenden Schritt wurde das Methan verfeinert und unter Druck gesetzt, um die erforderlichen Standards zu erfüllen. Der Umfang der Behandlung hängt von der Gasqualität ab, die wiederum direkt von der Zusammensetzung der organischen Stoffe auf der Deponie beeinflusst wird. In diesem speziellen Fall enthielt das Deponiegas etwa 50 % Methan, was zu einem vergleichsweise geringeren Behandlungsbedarf führte.

Abbildung 6: Gaskompressions- und -aufbereitungsanlage

Quelle: Nodal Power

Ein wesentlicher Aspekt des Projekterfolgs war die Fähigkeit der Deponie, aufgrund ihrer günstigen Abfallzusammensetzung und ihres Volumens einen konstanten Methanstrom zu erzeugen. Zu Beginn des Projekts erwarteten wir eine Betriebszeit von 85 %, was ungefähr dem Branchendurchschnitt entspricht. Unser Pilotprojekt übertraf jedoch die Erwartungen und erreichte eine Betriebszeit von 92 %. Die Ausfallzeiten waren in erster Linie wartungsbedingt und nicht auf mangelnde Gasverfügbarkeit zurückzuführen.

Abbildung 7: Durchschnittliche Betriebszeit des Pilotprojekts von Marathon und Nodal

Quelle: Nodal Power, TheMinerMag

*Die durchschnittliche Betriebszeit von Anbietern digitaler Asset-Compute-Systeme basiert auf der durchschnittlichen Bitcoin-Hash-Rate-Realisierungsrate. Zu diesen Anbietern gehören Iris Energy, Bitdeer Technologies Group, Hive Digital Technologies, Bit Digital, CleanSpark, TeraWulf, Core Scientific, Cipher Mining Technologies, Riot Platforms, Marathon Digital Holdings, Argo Blockchain, Hut 8 und Digihost Technology. Die Daten wurden am 28. Mai 2024 abgerufen und können sich seitdem geändert haben.

Finanzielle Vorteile für Marathon, Nodal und die Mülldeponie

Das Kraftwerk von Nodal erzeugt Strom zu einem Preis von 0,03 USD pro kWh, der Betriebs- und Wartungskosten beinhaltet. Dieser Preis ist weniger als halb so hoch wie die durchschnittlichen 0,08 USD pro kWh, die der Industriesektor zahlt.

Abbildung 8: Durchschnittliche Treibstoffkosten einschließlich Strom-, Betriebs- und Wartungskosten des LFG-Pilotprojekts von Marathon und Nodal

Quelle: Nodal Power, Hashrate-Index

Unser Pilotprojekt war nicht für Emissionsgutschriften oder Gutschriften für erneuerbare Energien (RECs) geeignet, Vergünstigungen, die viele ähnliche Standorte oft erhalten. Wenn wir für diese Anreize in Frage gekommen wären, wären unsere Computerkosten deutlich niedriger gewesen.

In den 240 Tagen verbrauchten Marathon und Nodal ungefähr 1,4 Millionen Kilowattstunden Strom, wodurch die Deponie Einnahmen erzielen konnte. Ohne das Pilotprojekt von Marathon und Nodal hätte die Deponie das überschüssige Methan abgefackelt, ohne dass ein zusätzlicher finanzieller Nutzen erzielt worden wäre. Angesichts der begrenzten Möglichkeiten konnte die Deponie das Methan entweder ohne finanziellen Gewinn abfackeln oder es zur Stromversorgung eines Rechenzentrums vor Ort nutzen. Wie das Pilotprojekt zeigt, verhinderte die letztere Option nicht nur Abfall, sondern verwandelte auch ein zuvor unrentables Nebenprodukt in eine Einnahmequelle.

Abschluss

Die Ergebnisse unseres Pilotprojekts haben unsere ursprüngliche Theorie erfolgreich bestätigt. Digital Asset Compute ist nicht nur möglich, sondern auch eine wirtschaftlich tragfähige Option zur Reduzierung der Methanemissionen von Mülldeponien. Marathon und Nodal haben erfolgreich Methan aus einer Mülldeponie gewonnen, in Elektrizität umgewandelt und damit das Rechenzentrum von Nodal betrieben. Für Rechenzentrumsbetreiber wie Marathon und Nodal war das Projekt finanziell vorteilhaft, da wir niedrigere Kosten für die Berechnung unter dem Branchendurchschnitt bei zuverlässig hoher Verfügbarkeit erzielten. Für die Mülldeponie, die zuvor keinen Anreiz hatte, das Methangas produktiv zu nutzen, war Digital Asset Compute ein Katalysator zur effektiveren Emissionsreduzierung, indem eine neue Einnahmequelle geschaffen wurde, die sonst nicht hätte generiert werden können. Dieses Projekt war in der Tat eine Win-Win-Situation für alle Beteiligten.

Darüber hinaus sind wir davon überzeugt, dass die aus diesem Projekt gewonnenen Techniken und Erkenntnisse die Tür zu neuen Möglichkeiten auf Mülldeponien und in anderen Industriezweigen öffnen, wo wir unsere Technologien zur Energiegewinnung einsetzen können, um ungenutzte oder verschwendete Energiequellen zu erschließen und sie in produktivere, nachhaltigere Vermögenswerte umzuwandeln.

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Quelle: Bitcoin Magazine

Der Beitrag „LFG Learnings Report: Digital Asset Computing ist ein wirtschaftlich tragfähiger Ansatz zur Reduzierung von Methan-Emissionen auf Mülldeponien“ erschien zuerst auf Crypto Breaking News.