Bitcoin e nuclear: as tecnologias mais temidas do mundo podem realmente salvá-lo

A humanidade deve produzir uma quantidade excessiva de energia para poder progredir — mas com a procura crescente, como podemos conseguir isso?

Muito tem sido escrito sobre como as energias renováveis ​​intermitentes, como a eólica e a solar, afetam negativamente a estabilidade da rede e muitas vezes precisam de subsídios governamentais para produzir retornos financeiros positivos sobre o investimento (ROI). Menos bem compreendido, mas ainda mais importante, é o fato de que essas energias renováveis ​​intermitentes reduzem nosso excedente global de energia líquida quando comparadas às fontes de carvão, petróleo, gás natural e nuclear que elas substituem. Em outras palavras, nossas tecnologias atuais geram uma maior produção de energia em suas entradas de energia versus eólica e solar.

O padrão de vida atual do mundo é resultado direto das tecnologias de geração de energia que produzem um alto excedente de energia. Pesquisas sugerem que a eletricidade eólica e solar é incapaz de atingir níveis de equilíbrio em relação ao limite econômico de excedente de energia existente, sugerindo que elas diminuirão nosso padrão de vida futuro.

Entender por que o excedente de energia é importante é fundamental para entender o progresso humano. Também é a chave para entender como o mecanismo de consenso de prova de trabalho dependente de energia da rede Bitcoin pode ser uma ferramenta que expande o excedente de energia da sociedade até o século XXI.

O que é excedente de energia?

Ter um excedente de energia é fundamental para a sobrevivência.

Pegue uma chita, por exemplo. Uma chita consome uma tremenda quantidade de energia perseguindo sua presa. Muitas dessas perseguições são mal sucedidas. Para os poucos que resultam em morte, a energia fornecida por comer sua presa deve ser maior do que toda a energia consumida nas perseguições anteriores (e ser suficiente para a próxima perseguição).

No entanto, além da energia de manutenção necessária apenas para viver e caçar, o excedente de energia também deve ser grande o suficiente para permitir que uma mãe guepardo dê à luz, cuide de seus filhotes e dedique tempo e energia para criá-los. Para uma chita viver normalmente, seu excedente de energia deve estar bem acima do nível de equilíbrio.

O mesmo pode ser dito de um peixe, um inseto, uma árvore ou qualquer organismo ou sistema que exija energia, incluindo humanos e economias humanas. Quanto maior o excedente de energia dentro de um sistema, mais diversificado, robusto e resiliente é o sistema, pois pode facilmente atender às suas necessidades básicas com o excedente de energia para reprodução, experimentação, inovação e crescimento.

O excedente de energia, ou energia líquida, é medido pela energia devolvida sobre a energia investida (EROEI). EROEI é a razão entre a energia coletada por um sistema - numerador ou energia calórica da presa - para a energia gasta no processo de coleta dessa energia - denominador ou a energia gasta na caça. Para ser preciso, o cálculo deve usar unidades de energia, de preferência joules, o padrão internacional para medir o conteúdo energético de calor e trabalho.

Como um ROI financeiro, um EROEI > 1 mostra que um sistema coleta mais energia do que gasta para coletar essa energia, por exemplo, a chita ingere mais calorias do que precisa para funções básicas. O resultado é o excesso de energia que permite que uma mãe guepardo dê à luz e crie seus filhotes. Quando EROEI = 1 a energia recebida é igual à energia gasta (breakeven) e a chita mal sobrevive e não pode se reproduzir. Um EROEI < 1 indica que o sistema requer mais energia do que é capaz de reunir, por exemplo, a chita não pode sobreviver.

No mundo humano, um EROEI < 1 também é uma receita para morte e extinção. Um EROEI = 1 é um equilíbrio tênue entre vida e morte sem energia excedente para o crescimento e avanço da sociedade. No entanto, um grande e crescente excedente de energia produzido a partir de tecnologias de alta EROEI permitiu que a civilização humana se expandisse e florescesse criativa, técnica e culturalmente.

Energia é riqueza real

Simplificando, a energia é nossa verdadeira riqueza e nosso crescimento depende da eficiência com que convertemos a energia primária em energia útil que nos permite realizar um trabalho útil. À medida que os humanos evoluíram ao longo de milênios, desenvolvemos tecnologias cada vez melhores para encontrar e converter fontes cada vez mais densas de energia primária em energia útil.

Por exemplo, óleo bruto contém cerca de 44 MJ/kg (megajoule por quilograma) de energia térmica, carvão preto cerca de 25 MJ/kg, madeira seca cerca de 16 MJ/kg e turfa e gramíneas 6-7 MJ/kg. Quando queimados, sua energia química armazenada produz calor. A tecnologia adicional converte parte desse calor em uma energia secundária mais útil, como a eletricidade. A tecnologia humana continuou a avançar para poder aproveitar a maior densidade de energia do petróleo em comparação com as turfas e gramíneas que nossos ancestrais distantes usavam como combustível. Dessa energia mais densa veio o crescimento exponencial do excedente de energia da sociedade que também desencadeou ganhos maciços em inovação tecnológica e padrões de vida.

Embora muitas vezes nos concentremos na eficiência energética de uma tecnologia de conversão de combustível em trabalho (por exemplo, um motor de combustão interna tem uma eficiência térmica operacional de +/- 25%), a análise EROEI adota uma abordagem mais holística. Ele é responsável pelos custos adicionais de energia dos materiais e processos necessários para construir o motor e operá-lo. É aqui que a análise EROEI pode esclarecer o excedente de energia de diferentes tecnologias de usinas de energia.

Para uma usina, o EROEI é igual à energia produzida ao longo da vida útil da usina dividida pela energia necessária para construir, operar e desativar a usina. Depois de incluir os custos de energia de seus componentes como aço e concreto e os custos de energia de seu combustível, uma usina de energia de combustível fóssil precisa produzir pelo menos a mesma quantidade de energia ao longo de sua vida útil para equilibrar a energia. O mesmo vale para renováveis ​​e nucleares.

No entanto, a exploração de uma central eléctrica com equilíbrio energético seria inútil, uma vez que toda a energia produzida durante o funcionamento da central seria compensada por uma quantidade igual de energia consumida para construir e operar a central. Não haveria excedente de energia para todas as outras coisas que precisamos (produção de alimentos, escolas e hospitais, etc.) e queremos (museus, viagens, desporto, investigação científica, etc.).

Lembre-se de que uma chita requer um excedente de energia apenas para viver uma vida normal. Assim como os humanos no século 21, mas em um grau muito maior.

O que o EROEI tem a ver com isso?

Uma das análises mais abrangentes e rigorosas de EROEIs de diferentes usinas de energia é um par de artigos de Weißbach et al¹. Os autores aplicaram uma metodologia ascendente uniforme para calcular os custos de energia (em terajoules) ajustados à exergia (a energia utilizada/útil) incorporada nos materiais, mão de obra e suprimentos de combustível necessários para construir, operar e desativar várias tecnologias de geração de eletricidade. Esse investimento em energia utilizada foi dividido na energia utilizada retornada - a eletricidade gerada ao longo da vida útil de cada tipo de usina - para calcular os EROEIs individuais.

Os autores também compararam os EROEIs de plantas representativos com um EROEI econômico, denominado “limiar econômico”. Isso é aproximado pela razão entre o PIB de uma economia e seu consumo de energia final não ponderado. Na prática, é o PIB dividido pelo consumo total de energia final para o mesmo período dividido pelo custo médio desse consumo final de energia. O quociente resultante captura o valor econômico do “dividendo de energia” que a parte produtora de energia de uma economia paga às partes não produtoras de energia da economia.

Um limiar econômico alto e crescente descreve um mundo com processos de coleta de energia altamente eficientes que produzem um grande dividendo de energia, permitindo que uma economia se diversifique, cresça e floresça. Um limiar econômico em declínio indica um sistema em contração com processos de coleta de energia menos eficientes que excluem outros setores não energéticos, levando a um declínio nos níveis de prosperidade econômica.

Os resultados da análise do artigo são mostrados no gráfico abaixo.

É claro que eólica e solar têm EROEIs que são ordens de magnitude abaixo das tecnologias de produção de eletricidade estabelecidas. Eles consistentemente apresentam desempenho inferior ao das usinas hidrelétricas, nucleares e de combustível fóssil e, quando o armazenamento de energia é incluído, seus EROEIs se deterioram ainda mais.

Com exceção da hidrelétrica, a maioria das energias renováveis ​​não consegue atingir o limiar econômico de equilíbrio. Em outras palavras, eles não podem ficar sozinhos, energeticamente falando. Eles falhariam se tivessem que fornecer a energia para sua construção, operação e desativação e dependem do excedente de energia existente de combustíveis fósseis e nuclear. Além disso, inseri-los em nosso mix de energia atual como substitutos para combustíveis fósseis e tecnologias nucleares existentes diluirá nossa atual riqueza econômica.

Existem quatro razões principais pelas quais as energias renováveis ​​intermitentes não estão à altura:

1. As tecnologias eólicas e solares exigem grandes quantidades de materiais caros de alta energia (aço, concreto, cobre e painéis fotovoltaicos) em relação à produção de energia do ciclo de vida.
2. A eólica e a solar têm ciclos de vida mais curtos (20-30 anos) do que as usinas movidas a combustíveis fósseis, hidrelétricas ou nucleares (50-70), que recuperam seus custos iniciais de energia rapidamente e têm períodos de operação mais longos para gerar excedentes.
3. A intermitência eólica e solar resulta em fatores de capacidade mais baixos (produção de energia real ao longo do tempo versus produção de energia potencial) do que a hidrelétrica, nuclear e térmica. Isso normalmente resulta em superconstrução de 2 a 4 vezes, o que requer mais materiais e custos de investimento de energia mais altos.
4. A energia eólica e solar intermitentes exigem a adição de buffer por meio de baterias para tornar sua eletricidade útil para a rede. O armazenamento de energia não é uma energia nova, apenas uma mudança no tempo do uso da eletricidade. As baterias consomem muita energia para fabricar e sempre têm um EROEI < 1. Como resultado, qualquer tecnologia de produção de eletricidade que exija baterias terá um EROEI combinado menor do que o próprio componente de geração, como mostram os resultados de Weißbach.

Quando removemos tecnologias de alto EROEI e as substituímos por tecnologias de baixo EROEI, diminuímos o excedente total de energia que suporta a vida diária como a conhecemos. Mais de uma economia acaba sendo dedicada a atividades de coleta de energia em detrimento de outros setores econômicos. Não é a direção que a humanidade quer seguir depois de décadas se beneficiando de altos excedentes de energia diretamente atribuíveis aos combustíveis fósseis.

Hora de ir nuclear

Então, o que pode atender à nossa crescente necessidade de eletricidade com os EROEIs mais altos? Nuclear.

A energia nuclear produz um tremendo excedente de energia como visto por seu EROEI de 75. Produz mais do que o dobro de energia excedente que o gás natural e o carvão.

A energia nuclear se beneficia de três fatores importantes: usa um combustível denso em energia (3.5% de urânio enriquecido tem 3,900 GJ/kg) em relação aos custos energéticos de produção do combustível; opera com os mais altos fatores de capacidade de todas as tecnologias de produção de eletricidade disponíveis; e tem os ciclos de vida útil mais longos. Usinas nucleares construídas há quase sessenta anos ainda estão operando hoje com fatores de capacidade com os quais os defensores do vento e da energia solar só podem sonhar.

A maioria das centrais nucleares ainda utiliza o mesmo desenho de reactor (água pressurizada) da década de 1950, mas isto sugere que a actual I&D em novas tecnologias nucleares poderia levar a centrais com EROEI ainda mais elevados. Sendo a tecnologia com maior excedente energético para converter energia primária (atómica) em energia útil (electricidade), a energia nuclear deveria ser a tecnologia de referência para a maior parte da nossa nova produção de electricidade.

Mineração de Bitcoin: uma ferramenta para melhorar a energia

Política à parte, ao vincular a mineração de Bitcoin, a fonte mais portátil e flexível do mundo de demanda de eletricidade em larga escala à energia nuclear, a humanidade pode elevar seu excedente de energia a níveis ainda mais altos. Em vez de sobrecarregar fontes renováveis ​​intermitentes de baixo EROEI, como eólica e solar, nosso objetivo deve ser incentivar o desenvolvimento de geração nuclear de alto EROEI usando os atributos exclusivos da mineração Bitcoin como incentivo.

As usinas nucleares exigem cargas de demanda grandes e estáveis, devido aos fatores de alta capacidade necessários. A mineração de Bitcoin oferece exatamente esse tipo de perfil de carga. Usando sua escala e estabilidade, os mineradores de Bitcoin podem co-localizar com novos projetos nucleares para absorver sua produção de eletricidade antes que o despacho da usina seja totalmente necessário na rede. Então, dada sua flexibilidade e portabilidade inerentes, os mineradores de suporte podem se desconectar de uma planta e realocar para o próximo novo projeto. À medida que as necessidades de energia da sociedade continuam a crescer, podemos garantir que esse fornecimento de eletricidade pré-construído de alto EROEI esteja pronto e esperando.

Energia é a moeda real

“A energia é a única moeda universal: uma de suas muitas formas deve ser transformada para fazer qualquer coisa.”² – Vaclav Smil, autor de “Energy And Civilization: A History”.

O dinheiro é apenas uma reivindicação de energia. O problema com o dinheiro fiduciário é que ele está desconectado da energia devido ao apoio zero por um ativo escasso e baseado em energia e pela constante manipulação do governo.

Bitcoin, por outro lado, é a mais pura personificação monetária de energia até hoje. É uma afirmação clara, direta e não manipulada sobre o valor econômico da energia. O mecanismo de consenso de prova de trabalho do Bitcoin torna isso possível. Ser a rede mais descentralizada do mundo garantirá que permaneça assim no futuro. Só agora estamos começando a entender quão poderosa será a prova de trabalho na reorientação do esforço humano para tecnologias de produção de energia líquida altamente positivas.

A energia intermitente, como atualmente buscada por seus defensores, apenas diminuirá o atual excedente de energia do mundo, resultando em declínios dolorosos nos padrões de vida. É claro que algumas tecnologias de produção de eletricidade são superiores a outras em termos de energia líquida e, sem entender isso, nossas escolhas produzirão graves consequências não intencionais. A crise energética de 2022 na Europa revelou um sistema mais frágil do que entendíamos anteriormente e pode sinalizar como serão as condições futuras – custos crescentes e fornecimento intermitente.

Felizmente, o Bitcoin pode corrigir isso. A mineração de Bitcoin combinada com o desenvolvimento de novos projetos nucleares pode ajudar a reverter esse curso e expandir o excedente de energia do mundo para alimentar o século 21.

Notas

1 Weißbach et al., Energia 52 (2013)
https://festkoerper-kernphysik.de/Weissbach_EROI_preprint.pdf

Weißbach et al., EPJ Web of Conferences 189 (2018) https://www.epj-conferences.org/articles/epjconf/pdf/2018/24/epjconf_eps-sif2018_00016.pdf

Dados brutos para o gráfico: http://tinyurl.com/z7329lh

2 “Energia e Civilização: Uma História”, Vaclav Smil (2017).

3 Alguns cuidados são aconselháveis ​​ao se considerar os cálculos do EROEI:

Primeiro, a metodologia é importante. A abordagem é de cima para baixo (custos de energia derivados de custos fiduciários) ou de baixo para cima (custos de energia derivados de quantidades de materiais e processos de fabricação)? O primeiro pode facilmente confundir fiat com unidades de energia dando resultados inúteis. Este último, embora exija mais esforço, é mais preciso.

Em segundo lugar, embora o EROEI seja uma razão simples de calcular, ainda não há uma definição padrão dos limites do sistema para usar ao determinar o numerador e o denominador. Alguns analistas consideram apenas os custos de combustível. Outros incluem os custos da planta. Enquanto outros ainda incluem os custos da planta e custos adicionais de upstream incorridos para poder construir a planta. Weißbach et al. aplicou uma definição de limite uniforme ao longo de uma avaliação de ciclo de vida completo para cada tipo de usina. A energia total também foi ajustada à energia utilizada (exergia) investida e devolvida para cada tipo de usina. Isso resulta em uma das análises mais limpas disponíveis.

Terceiro, o EROEI depende da localização. Locais mais ventosos têm maior retorno de energia com a mesma energia investida. O mesmo vale para locais mais ensolarados para energia solar. As usinas de combustíveis fósseis também terão EROEIs variados, dependendo de sua proximidade com o abastecimento de combustível e da qualidade do combustível disponível.

Mesmo os EROEIs de combustíveis fósseis, como carvão e petróleo, geralmente diminuem com o tempo. Embora a energia incorporada na composição química de graus semelhantes de carvão e petróleo seja a mesma entre diferentes estoques, a energia necessária para reunir esses estoques aumentou historicamente. As descobertas mais recentes geralmente estão mais distantes do consumo final e exigem mais energia para serem extraídas. A perfuração em águas profundas de hoje é muito mais cara em termos de energia do que a perfuração no Campo de Petróleo do Leste do Texas durante a década de 1940, quando o campo era jovem.

Por último, tal como muitas análises de dados, o EROEI pode estar sujeito a manipulação para justificar preconceitos pessoais e objectivos políticos. No entanto, o EROEI tem valor para a análise do excedente energético relativo. Com limites de sistema consistentes e uma metodologia de cálculo definida, oferece uma maneira padronizada de comparar a energia líquida produzida por diversas tecnologias de usinas de energia, sem levar em conta seus ROIs fiduciários, muitas vezes distorcidos.

Este é um post convidado por John Thompson. As opiniões expressas são inteiramente próprias e não refletem necessariamente as da BTC Inc ou Bitcoin Magazine.

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• Fonte: https://bitcoinmagazine.com/culture/bitcoin-and-nuclear-can-save-the-world