По данным портала Digiconomist, сеть биткоина потребляет 77,78 ТВт⋅ч в год. Это можно сравнить с электропотреблением Чили, Казахстана или Бельгии. Углеродный след мирового майнинга равен 36,95 млн тонн и сопоставим с выбросами Новой Зеландии.
С момента зарождения индустрии майнеры стараются минимизировать ущерб для окружающей среды. Согласно опросу Центра альтернативных финансов Кембриджского университета, 76% майнеров используют возобновляемые источники энергии: солнце, ветер и воду.
Некоторые проекты получают электроэнергию из специфических источников: тепловой энергии земли и электростанций, которые работают на попутном нефтяном газе (ПНГ).
Попутный газ — продукт нефтедобычи. Чаще всего попутный газ закачивают обратно под землю для поддержания пластового давления или поставляют газоперерабатывающим заводам. В 2020 году «Газпром нефть» запустила проект по полезному использованию попутного газа на месторождении им. Александра Жагрина в Ханты-Мансийском автономном округе. Компания подключила к электростанции на ПНГ мобильный контейнер с вычислительным оборудованием и предложила майнерам использовать полученную электроэнергию для добычи криптовалют.
Рассказываем, как работают майнинговые фермы возле нефтяных скважин и зачем это нужно нефтяникам.
Месторождение им. Александра Жагрина находится в 120 км от Ханты-Мансийска
Откуда в нефти газ и что с ним можно делать
Нефть — самое востребованное сырье в мире. По данным Организации Объединенных Наций, в 2019 году страны-экспортеры продали 292 млрд тонн нефти на сумму $3,35 трлн.
Из нефти делают бензин, топливо для самолетов и кораблей, асфальт, пластмассу, синтетические ткани, вазелин и медикаменты. Например, из нее выделяют бензол для производства аспирина и парацетамола.
На производстве используют очищенную «товарную» нефть. Требования к такому сырью описаны в стандарте ISO 3735:1999. Согласно ему, в товарной нефти должно быть не больше 1% воды и примесей.
Товарную нефть получают из пластовой жидкости — смеси нефти, воды, растворенного газа и частиц горных пород. Именно такое сырье выкачивают из скважин нефтедобывающие компании.
После извлечения пластовой жидкости на поверхность ПНГ расширяется в сотни раз. Из одного кубометра пластовой жидкости получается в среднем 0,58 м³ нефти, 0,35 м³ воды, 0,07 м³ примесей и 62 м³ попутного газа.
При добыче кубометра пластовой жидкости на месторождении в Ханты-Мансийском автономном округе получается:
Для получения товарной нефти пластовую жидкость очищают в несколько этапов. Сначала ее разделяют на нефть, попутный газ и воду в сепарационных установках. Затем нефть отправляют на дополнительную очистку и закачивают в трубы для транспортировки.
Полученную в результате очистки воду закачивают в скважину для создания избыточного давления, а попутный газ утилизируют или используют в специальных электростанциях.
Попутный нефтяной газ (ПНГ) состоит из из углеводородов С1-С10, диоксида углерода (CO₂), кислорода (O₂), азота и водяного пара.
Метан (CH4) — основной компонент природного газа. ПНГ схож с ним по составу, однако из-за большого содержания других компонентов его сложнее подготовить к транспортировке.
Содержание метана в ПНГ может достигать 82%, поэтому его нельзя выпускать в воздух. Метан — взрывоопасный парниковый газ. По мнению Межправительственной группы экспертов по изменению климата ООН (IPCC), парниковая активность метана в 84 раза выше, чем у углекислого газа (CO2).
Нефтяникам приходится утилизировать или перерабатывать попутный газ сразу после сепарации от нефти. Они делают это так:
- Переработка в сухой газ — экологично, но не всегда выгодно. Отправляют ПНГ на перерабатывающие заводы для очистки от сероводорода, тяжелых фракций и водяного пара. На заводах получают аналог природного газа — сухой отбензиненный газ. Такой способ невыгоден для удаленных месторождений, где транспортировка газа нерентабельна.
- Закачка в скважину — экологично, но подходит не для всех месторождений. Закачивают ПНГ в пласт для повышения нефтеотдачи. Этот метод требует сложной инфраструктуры: оборудования для обработки газа, компрессоров, скважин для закачки ПНГ и резервуаров для его хранения.
- Генерация электроэнергии — эффективно для производства и дешево. Генерируют из ПНГ электроэнергию для нужд промысла. При этом электроэнергии полученной из попутного газа может не хватить для удовлетворения потребностей нефтепромысла.
- Сжигание — дешево, но не экологично. Сжигают ПНГ в факелах. Факелы выбрасывают в атмосферу частички сажи, углекислый газ и до 4,5% метана. Углекислый газ и метан создают парниковый эффект. В 2012 году Правительство РФ в 2012 ввело систему штрафов за сжигание более 5% попутного газа. В результате объемы сжигаемого ПНГ в 2019 году сократились до 17,9% против 24,4% в 2006 году. Несмотря на это, Россия все еще ответственна за 15% сжигаемого в мире ПНГ. В 2018 году крупнейшие нефтяные компании совокупно сожгли 145 млрд м³ попутного газа. Столько природного газа за год потребляют все страны Африки. Стоимость сожженного ПНГ — $16 млрд.
Майнинг на попутном газе: как это устроено
В 2015 году Всемирный банк предложил инициативу по нулевому сжиганию попутного газа к 2030 году. На текущий момент к ней присоединились нефтедобытчики из 32 стран, в том числе из России.
Крупные нефтедобывающие компании близки к цели. Например, норвежская Equinor и российская «Газпром нефть» продуктивно используют до 95% попутного газа. Тем не менее, нефтяники пока не могут отказаться от сжигания ПНГ.
На новых месторождениях нет инфраструктуры для переработки и доставки попутного газа. В России также не хватает газоперерабатывающих заводов: их общая мощность составляет 188 млрд м³ газа в год, а в стране за полгода добывают 340 млрд м³ газа.
Нефтяники могут получать из ПНГ электроэнергию и продавать ее потребителям. «Газпром нефть» считает, что такими потребителями могут стать майнинговые фермы.
«Энергия из ПНГ может питать дата-центры и майнинговые фермы. Так мы увеличим процент рационального использования сырья. Это особенно актуально для удаленных районов Сибири и Арктики, где транспортировка попутного газа с месторождений нерентабельна»
— рассказывает руководитель центра технологии блокчейн «Газпром нефти» Александр Калмыков.
В 2020 году компания запустила проект по полезному использованию попутного газа на месторождении им. Александра Жагрина в Ханты-Мансийском автономном округе. «Газпром нефть» построила электростанцию на ПНГ и предложила майнерам использовать полученную электроэнергию для добычи криптовалют.
- Полезно. Майнеры помогают утилизировать попутный газ;
- Выгодно. Майнеры платят за электроэнергию.
- Экологично. Газовые электростанции меньше вредят окружающей среде, чем угольные;
- Выгодно. Нефтедобывающая компания предоставляет электроэнергию по выгодным ценам.
Первым локальным покупателем электроэнергии из переработанного газа стала компания Vekus. Она доставила на месторождение контейнер с 150 ASIC-устройствами Antminer S9 для тестового майнинга. За месяц оборудование использовало 49 500 кубометров попутного газа и добыло 1,8 BTC.
«Львиную долю стоимости майнинга составляют затраты на электричество. По этой причине Vekus находится в постоянном поиске надежных источников дешевой электроэнергии. Мы с радостью откликнулись на предложение „Газпром нефти“ организовать пилотный проект на одном из месторождений»
— комментирует финансовый директор Vekus Юрий Кудряшов.
В рамках пилотного проекта «Газпром нефть» поставила электроэнергию из переработанного ПНГ по цене ниже 3 руб за кВт⋅ч — это дешевле электроэнергии из сети. В стоимость входили услуги Vekus: оформление документов, доставка и установка оборудования, монтаж инженерных сетей, подключение высокоскоростного соединения. Кроме того, сотрудники Vekus занимались обслуживанием и ASIC-устройств и сбором статистических данных.
«Доставка оборудования занимает не слишком много времени. Основная часть работ — подготовка разрешительной документации, согласование действий с нефтяниками, монтаж оборудования и подключение к электросетям месторождения. При этом приходится решать проблемы, которые в городе не возникают: настраивать интернет, строить ангар для защиты оборудования от пыли и организовывать быт людей, которые занимаются обслуживанием контейнера»
— отмечает Юрий Кудряшов.
Майнеры могут купить ASIC-устройства у Vekus или передать компании свое оборудование. Vekus доставляет его на месторождение, устанавливает в контейнеры, а затем подключает к электросети и интернету.
В вычислительном контейнере могут работать ASIC-устройства или видеокарты суммарной мощностью 1 МВт. По подсчетам Vekus, один контейнер может вместить 350 устройств Antminer S19. В этом случае он будет потреблять 200–250 тысяч м³ ПНГ в месяц. А полученные мощности могут принести майнерам до 8 BTC в месяц.
Электростанции на ПНГ мощностью до 1 МВт⋅ч хватит для:
- работы 300 ASIC-майнеров Antminers S19 Pro и добычи 0,2 BTC в день;
- одновременной зарядки 10 Tesla Model X;
- питания двигателей двух головных вагонов метро «Яуза».
Где еще майнят на попутном газе? Кейсы из Канады и США
В 1972 году в Стокгольме состоялась первая конференция ООН по проблемам окружающей среды. Страны-участники выработали 26 принципов безопасного развития мира, в том числе рациональный расход невосполнимых ресурсов, ограничение выбросов токсичных веществ и парниковых газов.
После принятия Стокгольмской декларации нефтедобывающие начали снижать объем сжигаемого ПНГ. К 1990 году частичный или полный запрет на сжигание попутного газа действовал в Норвегии, Канаде и 33 штатах США. По данным Всемирного банка, с 1996 по 2018 год объем сжигаемого попутного газа сократился на 37%.
В некоторых случаях переработка ПНГ в сухой отбензиненный газ нерентабельна. Нефтяным компаниям выгоднее заплатить штраф за сжигание попутного газа на удаленных месторождениях, чем транспортировать его на тысячи километров.
Майнинг на ПНГ может стать одним из способов решения проблемы отсутствия возможности транспортировки сырья: потребители используют электроэнергию непосредственно на месторождениях. В настоящий момент майнингом на попутном газе занимаются несколько проектов:
- Американский стартап Crusoe Energy устанавливает майнинговые фермы возле месторождений в Северной Дакоте. В Crusoe Energy ожидают, что подключение ASIC-устройств к газовым генераторам в США сократит выбросы углекислого газа при майнинге на 20 тыс тонн в год.
- Канадская майнинговая компания Upstream создает мобильные майнинговые фермы, оснащает их газотурбинными генераторами и поставляет на нефтяные месторождения Канады и США. В 2019 году владелец нефтепромыслов в канадской провинции Альберта установил биткоин-фермы Upstream и перешел на 100% переработку ПНГ.
- Американская майнинговая компания EZ Blockchain производит мобильные биткоин-фермы из грузовых контейнеров. EZ Blockchain устанавливает в них ASIC-майнеры и оснащает контейнеры электрогенераторами. Компания считает, что такие фермы можно использовать у источников дешевой электроэнергии по всему миру, в том числе на отдаленных нефтяных месторождениях.
Использование ПНГ для добычи криптовалюты в США и Канаде — инициатива майнинговых компаний. «Газпром нефть» — первая нефтедобывающая компания, которая сама предложила майнерам подключиться к электростанциям на попутном газе.
В ближайшем будущем «Газпром нефть» рассматривает возможности расширить пилотный проект на другие месторождения компании.
Выводы
К 2020 году «Газпром нефть» впервые достигла 95% полезного использования попутного нефтяного газа по всем активам за исключением новых месторождений. Принятые меры позволили уменьшить углеродный след в проектах компании.
Нефтедобывающие компании ищут новые способы повысить объем полезного использования попутного газа. Одним из них стал майнинг криптовалюты на энергии ПНГ. За месяц тестового майнинга участники проекта «Газпром нефти» утилизировали 49,5 тысяч м³ попутного газа, использовали 170 млн кВт⋅ч и добыли 1,8 BTC.
К электростанциям на нефтяных месторождениях можно подключать любые вычислительные комплексы: суперкомпьютеры, рендер-фермы и дата-центры. При таком подходе нефтяники будут с пользой избавляться от попутного газа, IT-гиганты и майнинговые компании — получать привлекательную в цене электроэнергию.
Автор — Павел Скоропляс
