Abstrato
Neste estudo, revelamos que não é apenas viável, mas também economicamente viável e ambientalmente benéfico usar gás de aterro (LFG) para computação de ativos digitais (por exemplo, mineração de Bitcoin). Para apoiar esta teoria, a Marathon fez parceria com a Nodal Power para aproveitar o excesso de capacidade do seu projeto, que é alimentado exclusivamente por gás metano de aterro. Esta parceria, aproveitando a tecnologia patenteada da Nodal, utilizou com sucesso o metano de um aterro sanitário, converteu-o em eletricidade e utilizou-o para alimentar o data center local. Este processo provou ser consistentemente confiável, com alto tempo de atividade e revelou-se financeiramente benéfico para Marathon e Nodal. O custo da electricidade foi substancialmente inferior à média da indústria e o aterro gerou receitas provenientes de um recurso anteriormente inexplorado que, de outra forma, teria sido desperdiçado. Além disso, alimentar a computação com gás de aterro reduziu eficientemente as emissões de metano. Em cenários em que o aterro teria recorrido à queima do metano, a computação de ativos digitais provou ser mais eficaz na mitigação das emissões.
Este projeto piloto foi o primeiro teste bem-sucedido de “coleta de energia” da Marathon, que inclui iniciativas dedicadas à conversão de resíduos em energia, recaptura de gás metano, estabilização de redes de energia através da utilização de energia ociosa ou em excesso e reutilização de calor gerado por data centers para fins industriais e comerciais. propósitos.
Introdução
O metano é um potente gás de efeito estufa com um potencial de aquecimento global 80 vezes maior que o dióxido de carbono durante um período de 20 anos. De acordo com a Avaliação Global do Metano, “alcançar reduções nas emissões de metano na próxima década manterá o planeta significativamente mais frio do que as tentativas de reduzir apenas as emissões de dióxido de carbono”. Em nosso relatório Lucrando com o Lixo, citamos que os aterros sanitários são responsáveis por 11% das emissões globais de metano, com estudos recentes sugerindo que essas emissões podem ser 1,4 a 2,6 vezes maiores do que o estimado anteriormente.
Reconhecendo que os aterros sanitários são grandes emissores de metano, acreditamos que havia uma oportunidade de tornar os aterros sanitários mais sustentáveis com as nossas tecnologias de computação de ativos digitais. Grandes aterros capazes de produzir quantidades suficientes de metano têm a opção de reduzir economicamente as suas emissões através de tecnologias de conversão de resíduos em energia. Estes locais podem converter o metano capturado em duas formas de energia sustentável: 1) electricidade, que pode ser vendida à rede, e 2) gás natural renovável (RNG), que pode ser distribuído através de gasodutos. Infelizmente, os métodos tradicionais de conversão de resíduos em energia muitas vezes não são viáveis ou económicos para aterros menores ou mais remotos. No nosso relatório, propusemos uma solução mais viável e vantajosa para todos, que acreditávamos ser viável hoje para aterros sanitários mais pequenos: capturar metano dos aterros sanitários, convertê-lo em eletricidade e alimentar centros de dados de ativos digitais para reduzir economicamente as emissões de metano.
Para testar nossa teoria, a Marathon lançou um projeto piloto juntando-se à instalação de computação de ativos digitais fora da rede da Nodal para alimentar um data center Bitcoin com energia 100% renovável e fora da rede a partir de um aterro sanitário.
Detalhes do piloto
Local: Utah, EUA
Data de lançamento: 27 de setembro de 2023
Status do piloto: Em andamento
Duração: mais de 240 dias
Capacidade: 270 kW
Equipamento de computação: 83 profissionais S19J
Taxa de hash operacional (poder de computação): 8,3 PH/s
Figura 1: Projeto Maratona e Nodal
Fonte: Poder Nodal
Fonte: Poder Nodal
Os resultados deste piloto apoiaram a nossa teoria inicial. Marathon e Nodal utilizaram metano do aterro e o converteram em eletricidade para alimentar um data center de ativos digitais. O aterro reduziu com sucesso as suas emissões de metano, ao mesmo tempo que gerou um fluxo de receitas que de outra forma não poderia obter. Marathon e Nodal perceberam um custo de energia significativamente abaixo da média do setor e mantiveram um tempo de atividade operacional acima da média. Além disso, este foi o primeiro teste bem-sucedido de “colheita de energia” da Marathon, marcando um marco significativo no nosso desenvolvimento de projetos de energia sustentáveis e inclusivos. Estes projetos incluem a conversão de resíduos em energia, a recaptura de gás metano, a estabilização da rede energética através da utilização de energia ociosa ou excedentária e a reutilização do calor gerado pelos sistemas de mineração para processos industriais e comerciais.
Definições e cálculos das principais métricas
Durante nosso projeto piloto, rastreamos diversas métricas para avaliar a eficácia e o impacto de nossas operações. A seguir estão as principais métricas utilizadas neste relatório, cada uma descrita com sua definição e método de cálculo.
Taxa Média de Hash Operacional
A taxa média de hash ou potência de computação gerada durante um período específico de todos os dispositivos operacionais de computação de ativos digitais, medida em petahashes por segundo (PH/s).
Taxa de hash relatada pelo pool por dia/Total de dias
Tempo de atividade operacional
A porcentagem de tempo em que os dispositivos de computação estiveram funcionais e operando ativamente.
Tempo de atividade operacional = Minutos com taxa de hash relatada pelo pool / Total de minutos
Metano utilizado
O volume de gás metano (CH4) aproveitado para geração, medido em Pés Cúbicos Padrão (SCF).
CH4 utilizado (SCF) = Petahash médio (PH/s) × Taxa de utilização de metano (SCF/PH/s/Dia) × Dias
Emissões equivalentes de dióxido de carbono (C02e)
O CO2e quantifica o impacto no aquecimento global de vários gases com efeito de estufa, como o metano, comparando o seu efeito com o de uma quantidade equivalente de dióxido de carbono. Esta comparação baseia-se no Potencial de Aquecimento Global (GWP) de cada gás, um factor que representa o efeito de aquecimento comparativo de uma unidade do gás em relação à mesma unidade de CO2 durante um período de tempo específico. Usamos um cronograma de GWP de 20 anos (fator: 84) e 100 anos (fator: 28).
C02e = CH4 libras utilizadas * Fator GWP
Nota: Presumimos que um SCF de CH4 equivale a 0,045 libras em uma atmosfera e 80 graus Fahrenheit.
Custo médio de combustível por quilowatt-hora (kWh)
O custo médio da eletricidade por kWh inclui despesas operacionais e de manutenção.
Custo médio de combustível por kWh =
(SCF × 0,001002 decatérmicos por SCF × porcentagem de teor de metano × taxa por decatérmico / kwh) + (custo de operação e manutenção / kWh)
Resultados
Os resultados apresentados nesta seção refletem os primeiros 240 dias do projeto piloto, abrangendo de 27 de setembro de 2023 a 24 de maio de 2024. É importante observar que essas conclusões não abrangem toda a duração do projeto, mas concentram-se especificamente em este período.
Metano utilizado
Ao longo de 240 dias, utilizamos aproximadamente 16,1 milhões de SCF de metano. Este valor foi estimado a partir da taxa de utilização diária, que foi de aproximadamente 8.400 SCF de metano para cada petahash operacional.
Se não tivéssemos aproveitado esse metano, o aterro o teria queimado. Embora a queima reduza o potencial de aquecimento global do metano ao convertê-lo em dióxido de carbono, é apenas cerca de 92% eficiente. Em média, 8% do metano queimado ainda escapa para a atmosfera. Ao redirecionar o metano para alimentar um motor alternativo para produzir eletricidade para o data center da Nodal, alcançamos uma eficiência de mitigação de quase 100%. Esta abordagem resultou na mitigação de um adicional de 672 SCF de metano diário por petahash, que de outra forma não teria sido mitigado pela queima. No período de 240 dias, evitamos a liberação de aproximadamente 1,3 milhão de SCF de metano na atmosfera.
Figura 2: Metano utilizado pelo projeto piloto de LFG da Marathon e Nodal (duração de 240 dias)
Fonte: Poder Nodal
Impacto equivalente ao dióxido de carbono
Para contextualizar o impacto ambiental do nosso projeto piloto, calculamos a sua utilização de metano em seu equivalente de dióxido de carbono usando um cronograma de GWP de 20 anos e 100 anos.
Do total de 16,1 milhões de SCF de metano que utilizamos, nossas descobertas indicam que ajudamos a evitar a liberação de aproximadamente 60,9 milhões de libras de C02e usando um cronograma de GWP de 20 anos e 20,3 milhões de libras de CO2e usando o cronograma de GWP de 100 anos.
De acordo com a Agência de Proteção Ambiental (EPA), um automóvel de passageiros movido a gás médio emite cerca de 9.200 libras de C02 anualmente. Assim, ao longo de 240 dias, o nosso projeto mitigou o equivalente a 6.627 automóveis de passageiros movidos a gás utilizando o cronograma do GWP de 20 anos e 2.209 automóveis de passageiros movidos a gás utilizando o cronograma do GWP de 100 anos.
Se considerarmos apenas os 1,2 milhões de SCF adicionais de metano mitigados além da queima, evitamos a liberação de aproximadamente 4,8 milhões de libras de C02e usando um cronograma de GWP de 20 anos e aproximadamente 1,6 milhão de libras de CO2e usando o cronograma de GWP de 100 anos. Assim, ao longo de 240 dias, o nosso projeto mitigou o equivalente às emissões anuais de 530 automóveis de passageiros movidos a gás, utilizando o cronograma do GWP de 20 anos, e de 177 automóveis de passageiros movidos a gás, utilizando o cronograma do GWP de 100 anos.
Figura 3: Metano equivalente a dióxido de carbono utilizado pelo projeto piloto de LFG da Marathon e Nodal (duração de 240 dias)
Fonte: Poder Nodal
Eficiência operacional e tempo de atividade
Usamos um motor alternativo no local para converter o metano em eletricidade. Este motor produziu até 10.000 BTU por kWh, o que equivale a uma eficiência de conversão de aproximadamente 34%. Em comparação com a média das centrais a carvão e nucleares existentes, que operam com uma eficiência de cerca de 32% e 33%, respetivamente, o gerador da Nodal funcionou com uma eficiência ligeiramente superior.
Figura 4: Eficiência média das usinas de gás natural, usinas nucleares existentes e usinas a carvão versus gerador alternativo no local da Nodal
Fonte: Nodal Power, EIA
Figura 5: Gerador alternativo e data center no local
Fonte: Poder Nodal
Além disso, para aproveitar efetivamente o metano para uso no gerador, ele passou por tratamento por meio de skid de compressão e condicionamento de gás. Esta etapa crucial refinou e pressurizou o metano para atender aos padrões necessários. A extensão do tratamento depende da qualidade do gás, influenciada diretamente pela composição da matéria orgânica do aterro. Neste caso específico, o gás do aterro continha aproximadamente 50% de metano, resultando num nível comparativamente mais baixo de necessidade de tratamento.
Figura 6: Skid de Compressão e Condicionamento de Gás
Fonte: Poder Nodal
Um aspecto fundamental do sucesso do projeto foi a capacidade do aterro de gerar um fluxo consistente de metano devido à sua composição e volume de resíduos favoráveis. Ao iniciarmos o projeto, esperávamos um tempo de atividade operacional de 85%, o que está aproximadamente no mesmo nível da média do setor. Contudo, nosso piloto superou as expectativas, alcançando um tempo de atividade de 92%. As paradas ocorreram principalmente por motivos de manutenção e não por falta de disponibilidade de gás.
Figura 7: Tempo médio de atividade operacional do projeto piloto Marathon e Nodal
Fonte: Nodal Power, TheMinerMag
*O tempo médio de atividade dos provedores de computação de ativos digitais é baseado na taxa média de realização da taxa de hash do Bitcoin. Esses fornecedores incluem 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 e Digihost Technology. Os dados foram acessados em 28 de maio de 2024 e podem ter sofrido alterações desde então.
Benefícios Financeiros para Maratona, Nodal e Aterro Sanitário
A central eléctrica de Nodal gera electricidade a uma taxa de 0,03 dólares por kWh, o que inclui custos operacionais e de manutenção. Esta taxa é menos de metade da média de 0,08 dólares por kWh pago pelo sector industrial.
Figura 8: Custos médios de combustível, incluindo custos de eletricidade, operacionais e de manutenção do projeto piloto de LFG da Marathon e Nodal
Fonte: Nodal Power, Índice Hashrate
Nosso projeto piloto não era elegível para créditos de carbono ou créditos de energia renovável (RECs), benefícios que muitos locais semelhantes recebem frequentemente. Se tivéssemos nos qualificado para esses incentivos, nossas despesas com informática teriam sido significativamente menores.
Ao longo dos 240 dias, Marathon e Nodal utilizaram aproximadamente 1,4 milhão de kWh de eletricidade, com a qual o aterro conseguiu gerar receita. Sem o projecto piloto de Marathon e Nodal, o aterro teria queimado o excesso de metano, sem gerar qualquer benefício financeiro adicional. Confrontado com opções limitadas, o aterro poderia queimar o metano sem qualquer ganho financeiro ou aproveitá-lo para alimentar um centro de dados local. Esta última opção, como evidenciado pelo projecto-piloto, não só evitou o desperdício, mas também transformou um subproduto anteriormente não rentável numa fonte de receitas.
Conclusão
Os resultados do nosso projeto piloto validaram com sucesso a nossa teoria inicial. A computação de ativos digitais não é apenas possível, mas também uma opção economicamente viável para reduzir as emissões de metano dos aterros sanitários. Marathon e Nodal capturaram com sucesso metano de um aterro sanitário, converteram-no em eletricidade e usaram-no para alimentar o data center de Nodal. Para operadoras de data center como Marathon e Nodal, o projeto foi financeiramente vantajoso, pois obtivemos um custo de computação inferior ao da indústria com um tempo de atividade confiável e alto. Para o aterro, que anteriormente não tinha incentivo para colocar o gás metano em utilização produtiva, a computação de ativos digitais forneceu um catalisador para reduzir as emissões de forma mais eficaz, criando um novo fluxo de rendimento que de outra forma não poderia ter sido gerado. Este projecto foi, de facto, vantajoso para todas as partes envolvidas.
Além disso, acreditamos que as técnicas e conhecimentos obtidos com este projeto abrem portas a novas oportunidades em aterros sanitários e outras indústrias onde podemos aproveitar as nossas tecnologias de recolha de energia para explorar fontes de energia subutilizadas ou desperdiçadas e transformá-las em ativos produtivos e mais sustentáveis.
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Fonte: Revista Bitcoin
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