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A demanda por eletricidade associada às operações de mineração de criptomoedas nos Estados Unidos cresceu muito rapidamente nos últimos anos. As nossas estimativas preliminares sugerem que o consumo anual de eletricidade proveniente da mineração de criptomoedas provavelmente representa entre 0.6% e 2.3% do consumo de eletricidade nos EUA. 1
Esta utilização adicional de electricidade chamou a atenção de decisores políticos e planeadores de redes preocupados com os seus efeitos sobre os custos, a fiabilidade e as emissões. Os principais desafios associados ao rastreamento do uso de energia na mineração de criptomoedas incluem a dificuldade de identificar a atividade de mineração de criptomoedas entre milhões de clientes finais dos EUA e a natureza dinâmica do mercado de criptomoedas, onde os ativos de mineração podem ser transferidos rapidamente para áreas com preços de eletricidade mais baixos.
Desenvolvemos estimativas gerais do uso de eletricidade pelas operações de mineração de criptomoedas nos EUA, empregando abordagens de cima para baixo e de baixo para cima. Nossa abordagem de cima para baixo envolve dados do Cambridge Centre for Alternative Finance, que mantém um índice que estima o uso global e nacional de eletricidade proveniente de atividades de criptomoeda. Também desenvolvemos nossa própria abordagem ascendente, que envolve a coleta de dados relativos à localização de operações individuais de mineração de criptomoedas e à quantidade de eletricidade que cada instalação afirma poder usar.
A fim de desenvolver estimativas mais rigorosas do uso de eletricidade pelos mineradores de criptomoedas dos EUA, solicitamos e recebemos uma autorização de emergência de acordo com os procedimentos do Escritório de Gestão e Orçamento (OMB) estabelecidos em 5 CFR Parte 1320, Controle de Cargas de Papelada sobre o Público.2 Planejamos começar a coletar dados mensalmente de fevereiro a julho de 2024.
Interesse na mineração de criptomoedas
Embora a mineração de criptomoedas tenha começado nos Estados Unidos há cerca de uma década, a atividade começou a se expandir rapidamente em 2019. O crescimento recente se deve em grande parte à mudança das operações de mineração de criptomoedas da China para os Estados Unidos, depois que esse país reprimiu a mineração de moeda digital em 2021. embora os relatórios indiquem que ainda pode haver alguma mineração na China.3 À medida que a mineração de criptomoedas aumentou nos Estados Unidos, aumentaram as preocupações sobre a natureza intensiva de energia do negócio e os seus efeitos na indústria de energia elétrica dos EUA. As preocupações expressas à EIA incluem tensões na rede eléctrica durante períodos de pico de procura, o potencial para preços mais elevados da electricidade, bem como os efeitos sobre o dióxido de carbono relacionado com a energia (CO2) emissões.
Por exemplo, vários membros do Congresso em cartas ao Secretário de Energia dos EUA em novembro de 20224 e fevereiro 20235 delinearam seu desejo de proteger informações que pudessem identificar melhor os efeitos da mineração de criptomoedas na eletricidade e no CO relacionado à energia2 emissões. Nessas cartas, os membros do Congresso enfatizaram a necessidade do desenvolvimento de um “regime de divulgação obrigatória” em relação às emissões e ao uso de energia pelos mineradores de criptomoedas.
Os planejadores da rede também começaram a expressar preocupação com o rápido crescimento da demanda por eletricidade associada à mineração de criptomoedas. Por exemplo, a North American Electric Reliability Corporation (NERC) indica na sua mais recente avaliação de fiabilidade a longo prazo que “devido às características únicas das operações associadas à mineração de criptomoedas, o crescimento potencial pode ter um efeito significativo nas projeções de procura e recursos, bem como operações do sistema.”6 Como prova, o Conselho de Confiabilidade Elétrica do Texas (ERCOT) tem 41 gigawatts (GW) de solicitações de nova capacidade de mineração de criptomoedas, para os quais foram aprovados 9 GW de estudos de planejamento, segundo o NERC.
Uso de eletricidade e mineração de criptomoedas
Várias criptomoedas, principalmente o Bitcoin, usam um prova de trabalho abordagem para lançar novas criptomoedas. A criação de criptomoeda por meio de prova de trabalho é conhecida como mineração. Os mineradores de criptomoedas adicionam blocos de transações a um blockchain resolvendo quebra-cabeças criptográficos complexos que exigem poder computacional significativo. O blockchain representa um livro-razão digital que permite aos participantes rastrear transações na rede de criptomoedas. Em troca da adição de blocos ao blockchain, os mineradores são recompensados com taxas de transação e novas moedas criptomoedas.
Nem todas as criptomoedas usam prova de trabalho para gerar criptomoedas. Outras criptomoedas, principalmente Ethereum, usam outro processo conhecido como prova de participação. Para validar transações e adicionar novos blocos ao blockchain, os participantes apostam uma parte dos tokens nativos do blockchain como garantia. Esses validadores são recompensados se a transação for concluída com sucesso ou penalizados se tentarem realizar atividades ilegítimas. Por não se basearem em um grande esforço computacional, as criptomoedas de prova de participação usam significativamente menos poder computacional e, portanto, menos eletricidade, do que as criptomoedas de prova de trabalho. De acordo com dados do Cambridge Center for Alternative Finance, o Ethereum representa 0.005% da demanda de energia do Bitcoin, em grande parte devido ao seu mecanismo de consenso diferente.
Os investidores em mineração de criptomoedas com prova de trabalho usam hardware especializado que pode realizar muitos trilhões de cálculos por segundo. O poder computacional de uma criptomoeda de mineração em rede é medido como um taxa de hash, que representa o número de suposições ou tentativas de resolver o quebra-cabeça criptográfico por segundo.
Redes maiores de unidades de mineração podem ser configuradas para aumentar o poder computacional. Uma forma de avaliar o tamanho de uma rede é o número e o tipo de unidades de mineração em cada local. As instalações individuais de criptomoeda que identificamos podem empregar de 10,000 a 20,000 unidades de mineração, embora se saiba que as maiores instalações têm até 100,000 unidades de mineração em operação. Como estas redes consistem em unidades modulares, os operadores podem realocar os seus equipamentos, desde que possam construir instalações que protejam e controlem o clima das unidades de mineração em rede. As unidades de mineração são frequentemente empilhadas em contêineres para um transporte relativamente rápido e econômico.
O principal custo operacional de uma instalação de mineração de criptomoeda são os gastos com eletricidade. O esforço computacional necessário para apoiar a mineração lucrativa de criptomoedas consome grandes quantidades de eletricidade para operar as máquinas, bem como para resfriar equipamentos para evitar superaquecimento. Consequentemente, os proprietários procuram constantemente diversas alternativas para adquirir quantidades substanciais de energia ao menor custo possível.
As instalações de mineração de criptomoedas têm utilizado uma variedade de estratégias para gerenciar seus custos de eletricidade, reduzindo seu consumo e o preço pago pela eletricidade. A eficiência computacional, medida em joules por terahash, tem melhorado constantemente ao longo do tempo. No entanto, esta eficiência melhorada é contrabalançada pela dificuldade geralmente crescente dos quebra-cabeças criptográficos que devem ser resolvidos para anexar novos blocos ao blockchain. Para minimizar o preço pago pela eletricidade, alguns mineradores de criptomoedas localizaram suas instalações usando diversas estratégias diferentes:
- Perto de usinas existentes e subutilizadas ou de fornecedores de energia elétrica que operam geradores de baixo custo, como grandes hidrelétricas
- Com conexão direta a uma fonte geradora de energia, evitando custos associados à conexão a uma empresa legada de transmissão ou distribuição elétrica (por exemplo, uma nova operação de mineração de criptomoedas localizada na Pensilvânia recebe sua energia elétrica diretamente de uma usina nuclear adjacente)
- Em locais que podem fazer uso de fontes de energia de custo muito baixo ou ociosas, inclusive adjacentes a poços de gás natural que contêm metano residual que, de outra forma, precisaria ser queimado
No passado, o acesso da mineração de criptomoedas a essas fontes de eletricidade de baixo custo nem sempre podia ser mantido, o que levou as instalações a se mudarem. Os operadores também realocaram instalações para obter acesso a uma parcela maior de energia renovável, como as adjacentes a um parque eólico.
O aumento da procura associada à mineração de criptomoedas pode apresentar desafios à operação das redes elétricas. Depois de alguns problemas iniciais em que os preços da eletricidade dispararam devido a um aumento repentino na mineração de criptomoedas, os mercados atacadistas e varejistas conseguiram fazer ajustes para lidar com a nova carga. Alguns operadores de rede instituíram programas que proporcionam incentivos aos grandes consumidores de electricidade para reduzirem a sua utilização durante períodos de pico de procura. Os mineradores de criptomoedas tornaram-se participantes regulares desses programas, conhecidos como resposta à demanda, resultando na redução ou encerramento temporário das operações. Além disso, os mineiros de criptomoedas em áreas com preços de energia flutuantes reduziram o seu consumo de eletricidade em resposta a períodos de preços elevados nos mercados grossistas de energia, dada a sensibilidade da sua rentabilidade operacional aos preços da eletricidade.
Por exemplo, no Texas, o operador de rede ERCOT criou o seu programa Large Flexible Load (LFL), que recrutou até 1,530 megawatts (MW) de grandes consumidores industriais para reduzir a sua utilização durante períodos de pico de procura. Os mineradores de criptomoedas são participantes importantes do programa LFL, que também exige que os proprietários das usinas informem o estado da demanda prevista de eletricidade durante um período futuro de cinco anos. Por exemplo, os operadores de duas grandes instalações de mineração de criptomoedas, localizadas no local de uma antiga fundição de alumínio em Rockdale, Texas, estimam que cada uma pode exigir até 500 MW de capacidade elétrica.
Métodos para estimar o uso de energia na mineração de criptomoedas
Desenvolver mais informações sobre a mineração de criptomoedas nos Estados Unidos e os seus efeitos na procura de eletricidade é importante para fornecer contexto aos decisores políticos energéticos, aos planeadores energéticos e ao público em geral. No entanto, avaliar o uso de eletricidade pelos mineradores de criptomoedas é difícil por vários motivos. Primeiro, a mineração de criptomoedas pode ser realizada em instalações de vários tamanhos, desde estações de trabalho individuais até grandes data centers, o que torna difícil identificá-las entre os milhões de clientes finais nos Estados Unidos. Em segundo lugar, a identificação e o rastreamento de instalações de mineração de criptomoedas são dificultados pela propensão dessas operações de se deslocarem em busca de eletricidade de menor custo. Terceiro, quando uma operação de mineração de criptomoeda é identificada, as informações sobre seu consumo de energia e suas operações muitas vezes não estão disponíveis ou são especificadas de forma pouco clara. Os tamanhos variados das instalações, a escassez de dados sobre as operações e as mudanças na localização e propriedade das instalações adicionam complexidade à criação de uma amostra estatisticamente representativa de mineradores de criptomoedas.
A fim de explorar mais plenamente a possibilidade de desenvolver melhores informações diante desses desafios, enviamos recentemente uma Solicitação de Revisão Emergencial ao OMB, que foi aprovada em 26 de janeiro de 2024. Esperamos poder publicar informações mais detalhadas sobre o uso de mineração de criptomoedas. eletricidade nos Estados Unidos com dados recém-adquiridos em meados e no final de 2024.
Uma abordagem de cima para baixo para determinar o uso de eletricidade na mineração de criptomoedas
Índice de consumo de eletricidade Bitcoin de Cambridge (CBECI)7, publicado pelo Centro de Cambridge para Finanças Alternativas,8 fornece estimativas da demanda de energia das operações de mineração de Bitcoin e Ethereum diariamente e anualmente. Usando as estimativas do CBECI, podemos aproximar a demanda de eletricidade relacionada ao Bitcoin nos Estados Unidos.
A metodologia utilizada no CBECI baseia-se numa abordagem híbrida de cima para baixo que constrói um conjunto de hardware do mundo real, que representa uma unidade mineira típica, com o pressuposto subjacente de que os participantes mineiros a quem foram atribuídos Bitcoins são agentes económicos racionais.9
As estimativas diárias e anuais do CBECI incluem limites teóricos inferiores e superiores e um montante estimado utilizando pressupostos de melhor estimativa. A inclusão destes limites reflete a incerteza inerente às suas estimativas. O índice é atualizado a cada 24 horas porque os mineradores de criptomoedas aumentam ou diminuem suas atividades em resposta às flutuações de preços e à disponibilidade de equipamentos de mineração, de modo que o uso de eletricidade pode mudar rapidamente. A faixa estimada de demanda de energia de mineração de Bitcoin do CBECI no final de janeiro de 2024 era bastante ampla, com uma estimativa de 19.0 GW e limites inferior e superior de 9.1 GW e 44.0 GW, respectivamente. Multiplicar essas demandas médias de energia pelas horas de um ano resulta na demanda anual total de eletricidade: 80 terawatts-hora (TWh) (limite inferior), 170 TWh (estimativa) e 390 TWh (limite superior).
O CBECI estima que o uso global de eletricidade associado à mineração de Bitcoin variou de 67 TWh a 240 TWh em 2023, com uma estimativa pontual de 120 TWh. A Agência Internacional de Energia estimou o consumo global de eletricidade durante 2023 em 27,400 TWh.10 Assim, as estimativas do CBECI colocam a eletricidade que apoia a mineração de Bitcoin em 2023 em cerca de 0.2% a 0.9% da procura global de eletricidade. Com base nessas estimativas, o uso global de eletricidade na mineração de criptomoedas foi quase igual ao consumo total de eletricidade na Grécia ou na Austrália, respectivamente.11
O CBECI também rastreia a distribuição geográfica da mineração de Bitcoin, permitindo estimar o uso de eletricidade em diferentes países. O CBECI estima que a participação global da mineração de Bitcoin ocorrida nos Estados Unidos aumentou de 3.4% em janeiro de 2020 para 37.8% em janeiro de 2022, o último mês para o qual estão disponíveis estimativas publicadas.12
Supondo que a participação da atividade global nos Estados Unidos permaneça em aproximadamente 38%, estimamos que o uso de eletricidade da mineração de Bitcoin com base nos Estados Unidos varie de 25 TWh a 91 TWh. Essa estimativa representa 0.6% a 2.3% de toda a demanda de eletricidade dos Estados Unidos em 2023, que foi de 3,900 TWh.13 Esta estimativa da procura de eletricidade nos EUA para apoiar a mineração de criptomoedas equivaleria à procura anual que varia entre mais de três milhões e mais de seis milhões de lares.14 O limite inferior da faixa seria igual ao uso anual de eletricidade para estados inteiros, como Utah e Virgínia Ocidental, entre outros.15 Observe que as estimativas baseadas no CBECI fornecidas aqui são baseadas apenas em Bitcoin e não incluem outras criptomoedas de prova de trabalho.
Uma abordagem ascendente para determinar o uso de eletricidade na mineração de criptomoedas
Outra abordagem para estimar os efeitos da mineração de criptomoedas no uso de eletricidade nos Estados Unidos é construir uma estimativa a partir do que sabemos sobre instalações individuais. Para esse fim, trabalhamos para identificar o maior número possível de instalações de mineração de criptomoedas nos EUA. Identificamos um total de 137 instalações até o momento; as 52 instalações para as quais temos dados de localização e capacidade estão representadas na Figura 1. Essas instalações estão localizadas em 21 estados, a maioria no Texas, Geórgia e Nova York.
Para montar esta lista, consultamos fontes, incluindo publicações comerciais, relatórios financeiros de empresas, artigos de notícias e pesquisas na Internet. Também utilizamos respostas a cartas de membros do Congresso a diversas empresas de mineração de criptomoedas em busca de informações sobre o uso de eletricidade em suas instalações. Essas cartas foram emitidas em agosto de 2022, com a maioria das respostas dos mineradores de criptomoedas sendo recebidas em setembro e outubro de 2022.
Coletamos detalhes de cada instalação identificada, incluindo a capacidade máxima de energia necessária para operar as plataformas de mineração em MW. Várias instalações de mineração de criptomoedas identificadas podem estar vinculadas a usinas de geração de energia listadas em nosso EIA-860, Relatório Anual do Gerador Elétrico. Outros não conseguiram. Das 137 instalações identificadas, identificamos o uso máximo de eletricidade em 101 dessas instalações, que estimamos ser de 10,275 MW. Este montante compara-se com uma procura média anual de energia de cerca de 450,000 MW nos Estados Unidos, representando uma quota de 2.3%.
Na prática, as instalações de mineração de criptomoedas frequentemente funcionam abaixo da capacidade máxima projetada. Embora as unidades de mineração de criptomoedas tendam a funcionar com uma alta taxa de utilização, não temos dados para fornecer uma estimativa bem fundamentada. Se supormos que operam com 80% de utilização, uma estimativa aproximada baseada em informações que recebemos de algumas instalações mineiras, dos 10,275 MW de capacidade que os suportam, o seu consumo de electricidade seria de cerca de 70 TWh por ano, ou perto de o limite superior do intervalo em nossa estimativa de cima para baixo.
Monitoramento limitado do uso de eletricidade em locais de mineração de criptomoedas
Usamos artigos de imprensa e relatórios de empresas para vincular algumas atividades de mineração de criptomoedas a algumas instalações por meio de nosso EIA-923, Relatório de Operações da Central Elétrica. Os dados contidos na pesquisa EIA-923 mostram a geração em quase todas as usinas de energia dos Estados Unidos.
Conseguimos rastrear o uso de eletricidade em um grupo de cinco pequenas usinas de energia dos EUA em Montana, Nova York e Pensilvânia, onde ocorreu a mineração de criptomoedas. A geração combinada de energia nessas cinco instalações geradoras aumentou acentuadamente a partir de 2021, quando os mineradores de criptomoedas estabeleceram operações. Mais uma vez, a quantidade de electricidade de uso directo dentro da própria central – utilizada para alimentar as operações mineiras – aumentou para uma percentagem maior da produção da central. Antes da instalação do equipamento de mineração de criptomoedas, a produção das cinco fábricas era muito menor. A anterior subutilização destas centrais eléctricas atraiu mineiros de criptomoedas para estas instalações, dadas as perspectivas de electricidade dedicada a preços baixos.
Próximos passos
Dado o crescimento dinâmico e rápido da atividade de mineração de criptomoedas nos Estados Unidos, realizaremos uma pesquisa obrigatória focada na avaliação sistemática do consumo de eletricidade associado à atividade de mineração de criptomoedas, o que é necessário para melhor informar as decisões de planejamento e educar o público. Outros esforços do governo e da indústria para determinar os efeitos da mineração de criptomoedas no sistema energético assumiram geralmente a forma de estudos, que carecem da natureza abrangente, padronizada, oportuna e consistente de uma recolha formal de dados. Os dados recolhidos durante a autorização de emergência fornecerão informações críticas que orientarão a nossa abordagem no futuro.
Além disso, planeamos continuar a refinar as nossas estimativas de consumo de eletricidade associado às atividades de criptomoeda nos Estados Unidos à medida que novas informações e dados forem disponibilizados. Além dos dados recolhidos durante a autorização de emergência, continuaremos a acompanhar as estimativas do CBECI, a refinar a nossa lista de instalações identificadas e a rever as estimativas feitas por terceiros.
Contribuidores principais: Mark Morey, Glenn McGrath e Hiroaki Minato. Cortesia de EIA dos EUA.
1 EIA, Anual de Energia Elétrica 2022, Tabela 2.2, página 10
2 O pacote de autorização da EIA está disponível aqui: https://www.reginfo.gov/public/do/PRAViewICR?ref_nbr=202401-1905-002
3 Sigalos, MacKenzie, CNBC, Por dentro da operação subterrânea de mineração de criptografia da China, onde as pessoas estão arriscando tudo para fazer bitcoin, 19 de dezembro de 2021 (https://www.cnbc.com/2021/12/18/chinas-underground-bitcoin-miners-.html)
4 Carta da senadora Elizabeth Warren, do senador Sheldon Whitehouse, do senador Edward J. Markey, do congressista Jared Huffman, da congressista Rashida Tlaib e do senador Jeffrey A. Merkley ao administrador da Agência de Proteção Ambiental dos EUA, Michael Regan, e à secretária de Energia, Jennifer Granholm, 15 de julho de 2022, https://www.warren.senate.gov/imo/media/doc/2022.07.15%20Letter%20to%20EPA%20and%20DOE%20Re%20Cryptomining%20Environmental%20Impacts.pdf
5 Carta da senadora Elizabeth Warren, do senador Sheldon Whitehouse, do senador Edward J. Markey, do senador Jeffrey A. Merkley, do congressista Jared Huffman, da congressista Rashida Tlaib, da congressista Katie Porter e do senador Richard J. Durbin ao administrador da Agência de Proteção Ambiental dos EUA, Michael Regan, e ao secretário da Energia Jennifer Granholm, 6 de fevereiro de 2023, https://www.warren.senate.gov/imo/media/doc/2023.02.06%20Follow-Up%20Letter%20to%20EPA%20and%20DOE%20Re%20Cryptomining%20Environmental%20Impacts2.pdf
6 https://www.nerc.com/pa/RAPA/ra/Reliability%20Assessments%20DL/NERC_LTRA_2023.pdf
8 Casa Branca, Implicações climáticas e energéticas de ativos criptográficos nos Estados Unidos, setembro de 2022, página 5
9 Centro de Cambridge para Finanças Alternativas: Índice de Consumo de Eletricidade Cambridge Bitcoin, Metodologia
10 Estimativa para 2022 retirada da Agência Internacional de Energia, Electricity Market Report, 2023, página 119; atualizado para 2023, assumindo uma taxa de crescimento anual de 2.2, extraída de Electricity 2024, Agência Internacional de Energia, p. 8
11 EIA, Estatísticas Energéticas Internacionais
12 https://ccaf.io/cbeci/api/v1.2.0/download/mining_countries
13 EIA, Electric Power Monthly, janeiro de 2024 (dados de janeiro a novembro de 2023); EIA Hourly Grid Monitor (dados de dezembro de 2023)
14 Estimativa da EIA de 10,791 quilowatts-hora por ano de consumo de eletricidade por casa, EIA, Quanta eletricidade uma casa americana usa? 20 de outubro de 2022
15 EIA, Electric Power Monthly, fevereiro de 2023, Tabela 5.4b, página 135
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- Fonte: https://cleantechnica.com/2024/02/02/tracking-electricity-consumption-from-u-s-cryptocurrency-mining-operations/
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