Riscaldamento casalingo e residenziale associato al mining: conviene davvero? Metodi di raffreddamento degli Asic, valutazioni economiche e impatto ambientale.
Come si può riscaldare l’ambiente con il mining?
E’ possibile utilizzare un Asic, cioè un miner di Bitcoin, per scaldare la propria abitazione?
Per dare una risposta ponderata faremo un’analisi tecnica ed economica della questione, analizzando gli effetti sull’impatto ambientale. Comunemente chiamati Asic, ognuno di questi piccoli elaboratori contiene in realtà anche centinaia di singoli Asic in serie, ossia chip di 1×1 cm in grado di svolgere un solo compito, ma di farlo molto bene e molto velocemente: applicare l’algoritmo SHA-256 che viene utilizzato per il mining di Bitcoin.
Questo tipo di chip produce molto calore in rapporto alla propria superficie (anche 15watt) se confrontato con l’hardware impiegato nei datacenter tradizionali. Un Asic miner delle dimensioni di una scatola di scarpe raffreddato ad aria, può arrivare a trasformare in energia termica anche 3 kWh di energia elettrica costantemente, mentre un datacenter classico deve riempire qualche metro di scaffali per trasformare in calore la stessa quantità di energia. Il parametro da considerare per ragionare sui possibili benefici non è “quanto calore totale” venga prodotto, ma quanto sia concentrato rispetto al volume dal quale si sviluppa. In questo caso… molto.
I problemi del mining ad aria casalingo
Avendo in mano quella che potremmo a tutti gli effetti considerare una “stufetta” elettrica con ventole molto potenti, la risposta alla domanda iniziale dal punto di vista puramente intuitivo potrebbe sembrare positiva.
Utilizzare un classico Asic ad aria implica però diversi compromessi: tralasciando per un attimo aspetti importanti quali l’impatto economico e quello ambientale, non è da tutti riuscire a gestire un Asic tra le mura domestiche con ventole che fischiano a 90 decibel h24, con poca corrente residua a disposizione per gli elettrodomestici. Il tutto, assumendo che l’aria calda riesca a raggiungere efficacemente tutti i punti della casa.
Alcuni miner investono in modifiche tecniche che permettono di attenuare il rumore dei sistemi ad aria, così da poter riscaldare un garage o un capannone con un inquinamento acustico ridotto. Si tratta, tuttavia, di pratiche riservate a chi ha la passione per il fai-da-te. Per chi volesse cimentarsi si trovano molte guide in rete.
Si stanno anche diffondendo progetti di soluzioni ad aria appositamente studiate (anche nel design) per riscaldare abbastanza silenziosamente il salotto minando bitcoin. L’austriaca 21energy è un esempio di produttore di Asic-riscaldatori ad aria già presente sul mercato. Occorre tuttavia prestare grande attenzione alla gestione dei costi, affrontata in seguito nell’articolo.
L’impatto ambientale del mining ad aria casalingo
Dal punto di vista dell’effetto inquinante il confronto con l’impatto del gas naturale regge faticosamente. Bruciando, il gas(metano per la maggior parte) dà come prodotti di combustione acqua (vapore) e anidride carbonica (CO2). La combustione da metano contribuisce quindi sì all’inquinamento dell’aria, ma senza emissioni di particolato (pm 2,5-pm10).
L’energia elettrica che sarebbe impiegata dal miner può arrivare da diverse fonti più o meno inquinanti. In generale, se già si ha a disposizione un impianto che genera sufficiente energia pulita (fotovoltaica, eolica, geotermica, idroelettrica) si potrebbe pensare di scaldare in maniera gratuita e green utilizzando un Asic. In tutti gli altri casi, che sono la maggioranza, un Asic non abbasserebbe l’impatto ambientale del riscaldamento domestico.
Ad esempio, nel caso in cui si disponesse di un impianto fotovoltaico dimensionato correttamente (molto grande) e di importanti e costose batterie di accumulo per compensare le ore di assenza di luce, diventerebbe sì possibile alimentare un Asic con energia pulita per ottenere calore, ma dovremmo sempre tenere conto dell’impatto ambientale dovuto al tipo di batterie impiegate (possono servire dai 30 ai 50 kWh da accumulare ogni giorno per un solo Asic, per un consumo totale di oltre 70 kWh giornalieri) e del fatto che quei 3 kWh termici difficilmente potrebbero soddisfare il fabbisogno termico di un’intera abitazione familiare tipica, in inverno, alle latitudini europee.
L’aspetto economico
Uno dei comuni denominatori è il costo dell’hardware: l’Asic ha prezzi relativamente elevati e che rappresentano normalmente la grossa fetta della spesa. È fondamentale comprendere dapprima che la profittabilità giornaliera di un miner non è costante nel tempo, ma può variare anche di molto nell’arco dei mesi, sia in negativo che in positivo. Tenendo in considerazione un arco temporale di qualche anno, che è la vita media di un miner opportunamente gestito e raffreddato, la profittabilità di un qualsiasi Asic scende costantemente di piccolissimi valori percentuali ogni giorno. Le cause sono molteplici, dall’aumento dell’hashrate globale (e conseguente aumento della difficoltà del calcolo) all’obsolescenza dei piccoli chip che risultano meno performanti rispetto ai nuovi modelli che escono sul mercato.
Avviare un impianto di mining di bitcoin casalingo implica l’acquisto di hardware almeno per qualche migliaio di dollari e l’ottenimento di piccolissime frazioni di bitcoin quotidianamente. E’ verosimile aspettarsi una finestra di un paio d’anni per rientrare nell’investimento.
L’impiego di Asic raffreddati ad aria, inoltre, è da tempo caso di studio per il riscaldamento di stalle e serre agricole, come ad esempio l’Olandese Bitcoinbloem. Quest’ultima ha scelto di sostituire il riscaldamento a gas naturale con serie di Asic alimentati a energia solare fornita dalla rete, riuscendo con successo a mantenere la temperatura ottimale di una grande coltivazione di tulipani.
Tecniche di raffreddamento innovative e possibilità di heat sharing
Le recenti evoluzioni dei chip, oggi prodotti con tecnologie a 5 nanometri che permettono rapporti lavoro/hashrate inferiori a 20Joule/Terahash, consentono di ottenere più reward a parità di energia consumata rispetto alle generazioni precedenti, rendendo così i progetti più sostenibili economicamente.
L’impiego delle evoluzioni tecniche nel cooling e nel repurposing (recuperi di energia), infine, possono permettere di coniugare il mining al riscaldamento residenziale, cioè non esattamente “casalingo” ma riferito a nuclei abitativi che condividono l’acqua calda (attività che possiamo chiamare “heat sharing”) fornita da unità di mining (es. container) specialmente in prossimità di corsi d’acqua, oppure strutture pubbliche o private che necessitano di acqua calda.
Un ottimo esempio è la Bathouse di Brooklin (NY), una SPA riscaldata con Bitcoin attraverso l’oil immersion cooling.
Come hanno fatto?
Il punto è capire quanto possiamo riuscire a trasferire “bene” il calore che produciamo. Utilizzare l’aria come fluido per raffreddare i chip è ancora la tecnica la più diffusa in alcune grandi mining farm che, ricorrendo a sistemi di raffreddamento a pannelli adiabatici (che sottraggono il calore all’aria evaporando piccole quantità di acqua), riescono a tenere accesi i miner con successo in climi molto caldi e secchi, come per esempio in Texas.
Tuttavia, questo tipo di raffreddamento rimane meno efficiente rispetto ad altri sviluppati negli ultimi anni: l’hydrocooling ed l’oil immersion cooling hanno elevato significativamente l’efficacia del trasferimento e del trasporto del calore. È immediato comprendere che l’acqua raffredda meglio dell’aria: non per nulla se dobbiamo raffreddare qualcosa velocemente lo mettiamo sotto l’acqua corrente piuttosto che davanti a un ventilatore.
L’Hydrocooling, che consiste nel raffreddare facendo passare l’acqua in dissipatori di metallo direttamente a contatto con i chip all’interno del miner, può scaldare l’acqua e raffreddare i chip in maniera ottimale. In questo modo, però, il liquido diventa parte del sistema di raffreddamento interno e necessita di design specifici per ogni modello di miner. Inoltre non tutte le parti elettroniche sono protette, ma solamente i chip e nel momento di un aggiornamento hardware si è obbligati a sostituire tutto.
L’immersione a olio dielettrico
Il sistema di raffreddamento più innovativo ed efficiente utilizzato per riscaldare acqua attraverso il mining è l’immersione in olio dielettrico, che è anche il mio campo di ricerca. Oltre a essere adattabile praticamente a qualsiasi tipo di Asic, tutto il calore viene raccolto fino all’ultimo watt. L’olio cede l’energia all’acqua in scambiatori di calore acqua/olio in un ciclo chiuso e continuo con le vasche di immersione.
L’acqua riscaldata può essere intubata verso qualsiasi tipo di applicazione residenziale con temperature che possono arrivare a 60°, ed è proprio il sistema utilizzato per scaldare la SPA di cui parlavamo sopra.
Questo tipo di applicazione per il riscaldamento può andare a sostituire tutte quelle che utilizzano fonti a combustibile fossile; può essere alimentata anche da gas naturale o biogas, lavorando quindi insieme ad altre tecnologie per ottenere energia pulita e/o acqua calda. Gli incentivi all’installazione di impianti a energia rinnovabile potrebbero aiutare a introdurre queste tecnologie apparentemente costose ma molto efficienti. Inoltre, dato che in alcune zone le infrastrutture non sono adatte per il trasporto di tutta l’energia prodotta, possono nascere problemi di sovraproduzione. In tal caso, essendo essendo il mining un’attività che utilizza l’energia sul posto, “lavorare” per la timechain di Bitcon può agevolare la fattibilità di molti progetti.
E’ possibile scaldarsi utilizzando il mining di Bitcoin e riducendo l’impatto ambientale?
L’impiego del mining di bitcoin anche per riscaldamento in alcuni casi è conveniente a livello residenziale con l’heat sharing. Generalmente lo è nel settore primario, in particolare nel momento in cui si ha la possibilità di pagare poco l’energia o la si produce autonomamente, scegliendo di fare mining e scaldare contemporaneamente l’area.
Tale pratica potrebbe essere considerata anche un modo per diminuire l’impatto ambientale delle attività umane nel caso in cui si utilizzasse una fonte rinnovabile per alimentare gli Asic, come nel caso della serra olandese. L’effetto sarebbe ancora migliore nel caso si sfruttasse il biogas o si andasse a efficientare il gas flaring: il metano è responsabile per il 20% dell’effetto serra, molto meno rispetto alla CO2 che deriva anche dalla sua combustione, ma nell’orizzonte temporale di 100 anni questo gas è caratterizzato da un Global Warming Potential (GWP) 28 volte maggiore dell’anidride carbonica, così come riportato nel quinto rapporto di valutazione dell’IPPC denominato AR5.
Il Global Methan Pledge dell’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale Italiano, che con la pianura padana può studiare una delle zone con la qualità dell’aria peggiore d’Europa, ha ulteriormente confermato che il metano ha un tempo di permanenza nell’atmosfera di gran lunga inferiore rispetto all’anidride carbonica (10/15 anni contro migliaia), ma se presente per 20 anni ha un impatto 84 volte più significativo.
Inoltre le ultime indicazioni dal recente AR6 Climate Change 2023 confermano la necessità nell’immediato di dare priorità alla riduzione delle emissioni di gas metano:
4.2 Benefici del rafforzamento dell’azione a breve termine
Poiché il metano ha una vita breve ma è un potente gas serra, riduzioni forti, rapide e sostenute delle emissioni di metano possono limitare il riscaldamento a breve termine e migliorare la qualità dell’aria riducendo l’ozono superficiale globale (fiducia elevata).
Il mining di bitcoin, se impiegato in maniera intelligente, potrebbe dare il suo contributo.
L’interesse suscitato dal ritorno economico implicato nel processo del mining, inoltre, può essere un incentivo alla sostituzione di impianti di riscaldamento obsoleti e alimentati da combustibili fossili.
Complice anche la progressiva adozione di bitcoin saranno sempre più frequenti installazioni di questo tipo. Il riscaldamento domestico in autonomia con il mining di bitcoin è possibile o intelligente solo in alcuni casi e solo il futuro ci dirà se queste forme residenziali di “heat sharing” e il repurposing nel settore agricolo e dell’allevamento potranno davvero contribuire a bilanciare le emissioni dannose per l’ambiente.
Ad oggi sicuramente Bitcoin sta scoprendo le carte.
