O século XXI trouxe consigo transformações tecnológicas que impactaram não somente o setor elétrico como os demais setores da economia. A consolidação do blockchain como meio de pagamento é vista por muitos governos como uma ameaça, visto que em pouco tempo foi capaz de diminuir a margem de segurança energética dos países que hospedam seu poder de processamento. A incorporação de novas tecnologias que aumentaram a eficiência energética não só em países desenvolvidos, que contam com uma estabilidade ou declínio populacional, como em países em desenvolvimento como a China, que tem apostado em infraestrutura e tecnologia para renovar sua matriz elétrica.

Em 2008, o conceito de blockchain surge originalmente como a base operacional da Bitcoin, a criptomoeda com a maior marketcap do mundo. Em resumo, a blockchain é uma plataforma de contratos inteligentes, que despreza a necessidade de um órgão mediador legal, capaz de registrar transações de forma descentralizada. Para que uma transação seja bem sucedida na rede, é necessário que esta seja confirmada por múltiplos agentes validadores, conhecidos como mineradores, tornando assim virtualmente impossível qualquer tipo de fraude do sistema, o que, por fim, a consolidou como a mais segura e rápida forma de autenticação de contratos em todo mundo.

Após 9 anos, o tráfego de dados expandiu de maneira inimaginável. Entretanto, seu crescimento é observado pelo setor elétrico com um olhar promissor apenas em 2017, com a formação de uma bolha referente ao preço das criptomoedas, tendo seu preço multiplicado em mais de 14 vezes, tornando a mineração dos novos ativos momentaneamente uma atividade de altíssima rentabilidade. Tal valorização sofrida ao longo do ano repercutiu em uma maior profissionalização do segmento, significando também uma maior concentração da rede que nascera com a premissa da descentralização.

Ainda que o desenvolvimento da blockchain ter sido apoiado exclusivamente por entusiastas de suas premissas, atualmente é objeto de estudo e interesse do setor, contando com inúmeros projetos em implantação ou fase inicial nos quais é possível a integração entre produtor e consumidor final de energia, utilizando a infraestrutura já presente para distribuição. O amadurecimento das criptomoedas, não apenas como meio de pagamento mas também como plataformas de smart contracts, traz consigo um debate sobre a sustentabilidade da mesma.

Apesar da conjuntura mundial apresentar uma tendência a eficiência energética, o contínuo aumento por demanda elétrica das blockchains, destacando-se a da Bitcoin, ameaça a estabilidade do S.E. de países hospedeiros do poder de processamento da rede como o caso da China, que concentra ao menos 80% da mineração de criptomoedas. Em decorrência do rápido crescimento de demanda elétrica da rede, o governo de Pequim proibiu a mineração, ameaçando o fornecimento de energia da nova indústria, o que resultou em um êxodo da indústria da criptomineração que encontra em países como o Canadá custos energéticos quase tão baixos quantos os chineses e estabilidade institucional, causando um significativo incremento da estagnada demanda de energia do país norte-americano.

Tendo sua confiabilidade comprovada em prática, os holofotes críticos concentram-se no gasto energético necessário para a manutenção da rede. Este estudo tem como foco um estudo de caso dos efeitos da mineração sob a ótica da demanda elétrica chinesa e canadense.

Inicialmente, a embrionária rede de computadores que alimentava as transações da rede Bitcoin era formada por CPUs[1] (Central Processing Unit ou Unidades de processamento central, também conhecidas como processadores) comuns, que com o passar do tempo, se mostraram menos rentáveis do que placas de processamento gráfico dedicadas (GPUs). Hoje em dia o grosso do processamento é feito através de equipamentos mais sofisticados, chamados ASIC (Application-specific Integrated Circuit ou Circuito integrado de aplicação específica), um tipo de hardware especialmente desenvolvido para esta função que facilita a escala industrial do segmento.

Gráfico 1 – Evolução do poder de processamento, em escala logarítmica, destacando a evolução dos hardwares, da Bitcoin desde sua criação até junho de 2018.

Alguns pesquisadores, como Michael B. Taylor, não menosprezam a participação dos FPGAs[2] neste processo. Para Taylor (2017), os FPGAs enfrentaram problemas ao competir com as GPUs de alto volume no custo de GH/s (frequência de hashs minerados por segundo) que já contavam com uma boa penetração no varejo. O Autor destaca que as FPGAs chegavam a consumir até cinco vezes menos do que as GPUs para uma mesmo montante de capacidade computacional, porém seu reinado teve curta duração devido a entrada das ASICs no mercado, um componente eletrônico desenvolvido especialmente para a mineração que, devido seus ganhos de escala, possibilitou menores custos devido e melhorias de eficiência energética.

A transição entre as diferentes fases de hardwares mostra a evolução da mineração desde uma simples contribuição entusiástica no início, em meados de 2009, para uma atividade comercial de grande magnitude conforme vista na atualidade. Devido a aversão ao risco do grande capital, não é insano pensar que, no ocidente, as grandes mineradoras foram fundadas por entusiastas que aproveitaram o os primeiros-passos da rede para acumular um significativo montante em ativos e reinvestir em um pesado poder de cálculo.

Gráfico 2 – Evolução do processamento da rede em comparação com os preços de BTC. O maior poder de processamento (em azul claro), em razão do aumento das transações, resulta em melhoria da rede.

É inevitável a comparação do crescimento do poder de processamento das redes blockchains com a valorização das criptomoedas. Já que sua valorização torna, no curto-prazo, a mineração uma atividade econômica rentável. Porém, é perceptível que os investimentos em mineração se dão em razão da valorização ou da expectativa de valorização do ativo. Ou seja, para a melhor funcionalidade da rede, é necessário um maior poder computacional empregado. Durante o último trimestre de 2017 até início de fevereiro de 2018, houve uma valorização muito maior do preço do ativo diante a capacidade transacional do sistema. O que resultou em um aumento nas taxas de transferências, o que contribuíram para a migração de uma parte significativa do marketcap da Bitcoin para outras moedas com transações energeticamente otimizadas e, consequentemente menores custos operacionais e taxas. A necessidade de processamento da rede cresce na medida em que a mesma se torna mais utilizada. Nakamoto[3] (2008) explica que para compensar o aumento da velocidade de processamento devido a evoluções tecnológicas, a dificuldade do proof-of-work aumenta seguindo sua média móvel. Se os números de blocos gerados por hora aumentarem muito rápido, cresce a dificuldade na mineração. Isto é, as altas taxas de transação funcionaram como um incentivo a entrada de um maior poder de mineração, que foi generosamente recompensado por um curto intervalo de tempo, e que agora encontra-se em uma situação menos favorável. Onde a rentabilidade se dá através dos ganhos de escalas das ASICs, alinhados a baixas tarifas energéticas e impostos sobre a comercialização de componentes eletrônicos em países como a China, Canadá e Paraguai.

4. IMPACTOS DO CONSUMO DA BLOCKCHAIN NO SETOR ELÉTRICO

Devido sua descentralização, sua demanda por energia apenas foi notada nos últimos dois anos, quando começou a ganhar volume. Atualmente, o sistema de transações da rede Bitcoin consome 71 TWh[4], isto é, 107,6% o consumo elétrico do Chile. Do início de fevereiro de 2017 até meados de junho de 2018, o crescimento de demanda passou de 9,6 TWh para 71,1 TWh, variação maior que o consumo anual de países como a Colômbia e Chéquia.

Gráfico 2 – Consumo da rede bitcoin em comparação ao sistema VISA.

A rede Bitcoin tem sua ineficiência energética destacada das demais plataformas de transferências, inclusive sendo a muito mais dispendiosa que seu concorrente direto, o Ethereum. A fim de ilustrar a ineficiência do sistema, uma transação de um único bloco de bitcoin, onde são realizadas aproximadamente 2mil transações, consome o mesmo montante de energia necessário para realizar 584mil transações na rede VISA, ou seja, a rede blockchain da Bitcoin é 287 vezes menos eficiente[5] do que o sistema VISA.

Figura 1 – Consumo elétrico das redes Bitcoin em relação ao consumo dos demais países do mundo. Em cinza claro, estão os países que consomem menos energia do que a rede digital.

4.1CENTRALIZAÇÃO CHINESA COMO CONSEQUÊNCIA DAS BARREIRAS OPERACIONAIS

A ineficiência energética da rede impõe uma barreira natural internacional que gerou a concentração das atividades de mineração onde a mesma apresentava custos operacionais mais baixos, desta forma, houve a concentração das operações na China, gerando um verdadeiro monopólio do país na mineração de criptomoedas. Atualmente 80% do poder de processamento[6] está ligado de forma direta ou indireta a chineses de acordo com a participação das pools de mineração, uma associação de mineradores que se comporta de forma análoga a uma cooperativa mas com dividendos determinados pela participação no processamento dos dados, no cálculo da força computacional do sistema. Este percentual pode ser ainda mais significativo, já que o anonimato da rede resulta em uma margem de erro sobre a real participação na rede.

Tabela 1 – Mostra a concentração do poder de processamento nas mãos de pools chinesas com base nos dados dos últimos blocos descobertos em 4 dias.

Fonte: Blockchain.info

Em 2013 a China torna-se oficialmente o maior mercado de Bitcoin no mundo[7], com participação ativa da mineração nesta conquista, devido ao ambiente propício para a atividade econômica que consolidou sua hegemonização. A alta demanda energética da rede resulta em uma barreira de entrada para países que contam com uma energia mais cara, esta mesma restrição pode ter colaborado para o fluxo de investimento externo em mineradoras chinesas sob a forma de cloud mining, uma contrato de participação por uma máquina onde o assinante paga um valor fixo e custos operacionais para ter acesso aos rendimentos gerados por ela.

4.2 REPRESSÃO À BLOCKCHAIN COMO DEFESA DA ESTABILIDADE DA MATRIZ CHINESA E ÊXODO DE INVESTIMENTOS PARA O CANADÁ

Conforme abordado anteriormente, a China reúne os requisitos para a mineração em escala industrial, traduzido em energia e equipamentos baratos, desde que haja conivência das autoridades de Pequim sobre a atividade. Sob o pretexto de combater suspeitas de lavagem de dinheiro e sonegação, o país autoritário de livre-mercado tem reunido esforços para um maior controle das moedas digitais, resultando em declarações de órgãos públicos restringindo a aceitação e operação de empresas do setor. As autoridades pretendem limitar o consumo de energia. Estas medidas autoritárias levaram a fundadores de grandes pools de mineração a deixar o país aos poucos, fazendo que novos investimentos sejam feitos no exterior ao invés de serem aplicados em território chinês.

Gráfico 3 – Custo do kWh em países selecionados em 2017, preço em dólares americanos.

Os melhores destinos para o êxodo são aqueles que oferecem um menor custo final por KWh a nível industrial, devido à grande demanda do segmento e que não tenham sinalizado, através de pronunciamentos públicos de autoridades governamentais, nenhuma restrição à atividade. O Brasil, como visto no gráfico acima, conta com um custo elétrico menor que o Canadense, porém a alíquota elevada sobre componentes eletrônicos importados e burocracia podem ter desviado a atenção das mineradoras para países menos complicados, como o caso do Canadá e Paraguai. Em fevereiro de 2018, O custo operacional para mineração no Paraguai chegou a um décimo[8] do praticado no Brasil, com o KWh saindo a US$ 0,04 no país vizinho. Por aqui, o preço da energia mais barata é sete vezes maior, em torno de US$ 0,28.

No outro extremo do continente, os baixos custos devido à capacidade ociosa na geração hidrelétrica e incentivos à instalação de centros de Data Base[9] e afinas fizeram do Canadá o destino ideal para a refugiada indústria de processamento criptográfico. Em 15 anos somente na província do Quebec, houve uma expansão de 25 TWh em geração hidrelétrica, segundo estudos da própria Hydro-Québec, o estudo aponta também que a demanda por energia é estável desde 2007, significando que há uma extensa capacidade ociosa de energia, fazendo com que haja assim um interesse na instalação de mineradoras por parte da empresa.

A fuga do investimento em processamento de dados para fora da China tem potencial para resultar em racionamento de energia da nova indústria em novos países hospedeiros, como projeta-se no Canadá, onde já se admite suspender o fornecimento às empresas do setor durante os picos de demanda elétrica do inverno. O fluxo e magnitude dos novos projetos foi muito além das expectativas da Hydro-Québec, o que fez com que a empresa congelasse novos pedidos. Embora afirmem ser capaz de atender a nova demanda, a empresa estatal age com cautela a fim de manter uma margem de segurança segura para oscilações da produção hidrelétrica causadas pelas condições climáticas da região no inverno. Em termos comparativos, o consumo atual de 71 TWh da rede blockchain representa 1,3% da demanda elétrica chinesa de 5920TWh, percentual ínfimo que ainda apresenta grau de absorção compatível com a expansão da atual malha elétrica chinesa. Este mesmo valor absoluto, em comparação a uma malha de menor dimensão, como a canadense (528 TWh) caracterizaria um impacto de enorme escala, simbolizando a inserção de 13,5% do consumo anual do país bilíngue.

Desde que iniciaram as negociações de grandes mineradoras em Quebec, nota-se a mudança de postura tanto do porta-voz da Hydro-Québec quando de autoridades governamentais canadenses. Para a geradora, o alto consumo elétrico reduz a margem de segurança da geração hidrelétrica, que é passível de oscilações por questões climáticas. A Hydro Quebec limitou no início de junho a energia disponível para os mineradores a 500 MW, bem abaixo do que os 17.000 MW solicitados até agora. O ministro da energia e recursos naturais quebequense, Pierre Moreau, destaca que as mineradoras requerem um montante elevado de energia, mas que geram um baixo número de empregos, o que não seria o suficiente para compensar possíveis impactos ambientais causados pela expansão da matriz hidrelétrica, ou seja, dando a entender que o cenário canadense para indústria da criptomineração já não é atrativo quanto antes, o que poderia criar um novo fluxo de instalações de mineradoras em um outro país até que esta atividade se torne um problema ao ameaçar a estabilidade energética desta nova nação.

5. CONCLUSÃO

O desenvolvimento do presente estudo possibilitou uma análise profunda desde o ponto de vista técnico ao estrutural de como um popular meio de pagamento pode criar um enorme impacto no setor elétrico de países hospedeiros. Além disso, a flexibilidade para escolha do tema abordado me incentivou a seguir ao meio acadêmico, tendo em vista que trata-se da intersecção de duas áreas de extremo interesse, trilhando uma futura contribuição não só à academia como, em reflexo, à sociedade.

A blockchain começou a ser empenhar papel ativo na transformação elétrica no último ano, apesar do seu surgimento em 2008, a baixa quantidade de energia demandada até então era irrisória. Devido sua rápida expansão, ainda é cedo para analisar os efeitos da indústria da mineração de criptomoedas. Porém é possível destacar seus impactos atuais e esboçar um fatal rearranjo do setor. Em apenas 16 meses, o consumo elétrico da blockchain cresce 688%, em termos comparativos, significa a inserção de uma demanda equivalente à Colômbia, não existindo país no mundo capaz de absorver uma demanda energética crescente de por um longo intervalo de tempo. A China, onde estima-se que seja responsável por, no mínimo 80% da mineração do Mundo, tem sinalizado com ameaças de suspensão de fornecimento de energia que não permitirá as atividades da indústria no país, já que o colossal aumento da demanda elétrica poderia causar uma crise de abastecimento do país que hoje é a fábrica do mundo.

Deste modo, a conclusão feita é a mineração de criptomoedas encontre na disponibilidade de energia barata uma barreira para sua expansão, ao menos em Quebec e posteriormente no Canadá, resultando em uma diáspora computacional e uma maior descentralização do tratamento dos dados da blockchain. O futuro da indústria de cryptomining será dado através da conciliação da eficiência energética do preço dos ativos digitais e expansão de grandes fontes baratas de energia, como hidrelétricas, porém a preocupação estratégica ao ecologismo vigente no estabilishment em países que hospedem a sua mineração, como o caso canadense, apresenta embargos sobre a expansão da matriz hidrelétrica devido impactos ambientais, alegando que o baixo número de empregos gerados não compensaria os danos ao meio ambiente. Sendo assim, a futura limitação da oferta de energia restante para os mineradores no Canadá provavelmente causará uma nova diáspora tecnológica, que será traçada através da rentabilidade da mineração. Quanto mais rentável for a atividade, maior será o preço de energia tolerável para a manutenção da indústria, aumentando assim o número de possíveis destinos, em um cenário descentralizado, diferente do atual onde 90% da mineração se concentra na China e, consequentemente, diminuindo os efeitos de sobrecarga de demanda elétrica nos países hospedeiros.

REFERÊNCIAS

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Idem, A Single Bitcoin Transaction Takes Thousands of Times More Energy Than a Credit Card Swipe. [7 de março de 2017]. Motherboard. Disponível em: < https://motherboard.vice.com/en_us/article/ypkp3y/bitcoin-is-still-unsustainable>. Acesso em: 17 de junho de 2018.

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[1] TAYLOR. B. Michael. 2017. “The Evolution of Bitcoin Hardware”, Computer, vol. 50, no. 9, p. 62-65

[2] Do inglês, arranjo de portas programáveis em campo

[3] NAKAMOTO, Satoshi. Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, p.3 (2008).

[4] Segundo dados do Bitcoin Energy Consumption Index

[5] Cálculo feito com base no relatório de responsabilidade coorporativa da Visa de 2016 e dados de transações por bloco obtidas em Blockchain.info

[6] Estimativa de distribuição da taxa de hash entre as maiores pools de mineração com base em dados disponíveis na Blockchain.info.

[7] Baseado no gráfico da participação dos pares BTC/dólar e BTC/Yuan dentre 2012-2016. Fonte: Bitcointly.

[8] Segundo entrevista de Cícero Saad, CEO da Minerthech, ao jornal Exame.

[9]  Armazenamentos de dados digitais