Resumo — Neste artigo é apresentado o conceito de blockchain e da Energy Web, trazendo alguns conceitos sobre a aplicação e criação de um ambiente de blockchain focado no setor de energia. Este tema faz parte dos estudos do projeto da ANEEL P&D, Código 0064-1059/2019, registrado como “Plataforma para Operação de Balcão Organizado de Comercialização de Energia”, e, publicamente, Projeto AES Brasil de Energy Intelligence, realizado em conjunto pelas empresas Fohat Corporation e AES Brasil. Além dos conceitos iniciais, posteriormente é descrito sobre os aplicativos descentralizados fornecidos pela Energy Web, além das suas aplicações no setor de energia. Finalmente, encerra-se trazendo uma visão das integrações com outros produtos do setor de energia, como os certificados de energia renovável.

Palavras-chave – Blockchain. Energia Renovável. Energy Web. Token.

I.  Introdução

Em sua jornada contínua para fornecer energia ao mundo, o setor de energia enfrentou muitos desafios estruturais que foram enfrentados por meio da implantação eficaz de tecnologias inovadoras e revolucionárias. O cenário resultante na indústria é rico em tecnologia, mas se depara com um ecossistema transacional complexo e caro que pode se provar um terreno fértil para a introdução de tecnologias como o blockchain, que pode melhorar a visibilidade de informações, aumentar a eficiência operacional e agilizar processos burocráticos. Ao mesmo tempo, também permite que as empresas mantenham o controle sobre as informações confidenciais que lhes dão uma vantagem competitiva no mercado.

II.  Blockchain

Blockchain é uma tecnologia de rede P2P (peer-to-peer) que usa técnicas avançadas de ciência da computação para permitir interações confiáveis e eficientes entre as partes, mesmo que não haja uma confiança mútua e total entre elas. Em suma, é um livro-razão eletrônico compartilhado que pode ser acessado e gerenciado por várias partes, de forma extremamente segura e imutável (ou seja, os dados de entrada não podem ser modificados após o seu registro).

Como exemplo de casos de uso dessa tecnologia pode-se citar o monitoramento da cadeia de abastecimento, sistemas de votação digital, de gestão de ativos, a proteção de direitos autorais, verificação de certificados, a manutenção de registros médicos etc.

Um dos principais benefícios na utilização de tecnologias blockchain é de fornecer um sistema confiável e eficiente para executar e registrar transações (e para rastrear propriedade conforme os ativos mudam de mãos antes da liquidação). Com o blockchain, as transações podem ser gravadas e resolvidas quase que instantaneamente, sem a necessidade de um intermediário e com pouca ou nenhuma necessidade de reconciliação, uma vez que todos as partes estão usando a mesma plataforma e têm acesso aos mesmos dados.

Além disso, algumas plataformas blockchain – como é o exemplo da Energy Web – as transações podem incluir um código executável, escrito utilizando linguagens de programação (Solidity, por exemplo), e que refletem os termos de um contrato criando um contrato inteligente – do inglês, smart contract – que valida automaticamente as transações sem a necessidade de intervenção humana.

No setor elétrico, estas características aceleram o desenvolvimento de soluções de resposta à demanda, de comércio de energia e de compensação de carbono, pós liquidação de contratos, mobilidade elétrica e de certificação de energia renovável.

III.  International REC-Standard

A International REC Standard Foundation é uma organização sem fins lucrativos que fornece um padrão (I-REC) robusto de rastreamento de certificados de energia renovável para uso em todo o mundo. Este padrão requer que as partes interessadas locais e autoridades governamentais facilitem a implementação nacional em conformidade com os regulamentos locais ou nacionais.

Com base no padrão I-REC e outros documentos associados emissores independentes e locais de I-RECs podem implementar esquemas de rastreamento de certificados de energia renováveis robustos e transparentes, garantindo a mais alta qualidade e aderência às melhores práticas para evitar a contagem dupla, emissão de certificado duplo e reivindicação de atributos duplos.

IV.  Renewable Energy Certificate – REC

Um REC é um Certificado de Atributo de Energia (EAC). Por meio do uso de EACs, também conhecidos como certificados de energia renovável, os usuários finais em todo o mundo podem fazer afirmações confiáveis ​​sobre o uso de energia, como: “minha fábrica funciona com energia 100% renovável”, “nossos produtos são feitos com 100% de energia eólica” e “nosso consumo de eletricidade global causa zero emissões de carbono”. Sem o uso de EACs, seria impossível fazer essas alegações confiáveis ​​porque a eletricidade não é um produto tangível que pode ser embalado e enviado do produtor ao consumidor. Em vez disso, um produtor injeta uma carga elétrica na rede em um lugar e em outro lugar, um consumidor retira a mesma quantidade de carga da rede. Não há como rastrear elétrons em uma rede. Portanto, o único mecanismo confiável para fazer alegações sobre o uso de uma carga específica que foi retirada da rede é um sistema que registra todas as cargas injetadas como unidades únicas, o megawatt-hora (MWh).

Essas unidades reservadas e exclusivas podem ser negociadas independentemente da eletricidade subjacente e apenas a pessoa ou entidade que “cancela” esta unidade única pode reivindicar o uso daquele MWh específico. Esse mecanismo é chamado de sistema de reserva e reclamação e é a base dos EACs em todo o mundo. É um instrumento contábil que certifica a produção de um MWh de eletricidade juntamente com as características factuais de como, onde e quando a eletricidade foi produzida. Essas unidades podem então ser negociadas e canceladas de forma transparente.

V.  Instituto Totum

No Brasil o órgão representante do I-REC Standard e responsável pela emissão de certificados é o Instituto Totum. O Instituto Totum tem como objetivo fornecer às empresas, associações e cadeias de negócio múltiplas soluções na área de Certificação.

Atuando tanto no mercado regulado, por meio de várias acreditações junto ao Sistema Brasileiro de Certificação, quanto em iniciativas de autorregulação, desde 2011 é ele que realiza a gestão do sistema e a certificação de energia renovável em parceria com órgãos como ABRAGEL (Associação Brasileira de Energia Limpa) e ABEEólica (Associação Brasileira de Energia Eólica).

VI.  Energy Web

A Energy Web (EW) é uma organização global sem fins lucrativos que acelera um sistema elétrico de baixo carbono e centrado no cliente, liberando o potencial de tecnologias descentralizadas de código aberto.

Foi cofundada em 2017 pelo Rocky Mountain Institute (RMI), Grid Singularity (GSy) e cerca de uma dúzia de empresas de energia apoiadoras em todo o mundo.

A EW se concentra na construção de uma infraestrutura central de tecnologias compartilhadas e no desenvolvimento de ferramentas e utilitários de software que garantirão que a energia distribuída e fontes renováveis possam ser administradas de forma descentralizada por operadores de rede, participantes do mercado e usuários finais, que acelerarão a adoção de soluções comerciais.

A EW é uma das únicas plataformas blockchain públicas em todo o mundo cujos nós validadores são administrados por empresas conhecidas, muitas delas algumas das maiores e mais respeitadas empresas de energia globalmente. Também é o maior ecossistema do setor de energia do mundo – compreendendo concessionárias, operadoras de rede, desenvolvedores de energia renovável, compradores corporativos de energia e outros – com foco em tecnologias digitais descentralizadas de código aberto. Desde 2017, o número de empresas afiliadas à EW passou de 12, para mais de 100 em 2021, incluindo empresas como Shell, Engie, E.ON, Duke Energy, Exelon, PTT e SP Group.

O grupo de empresas afiliadas à Energy Web também têm acesso a pesquisas e análises, convites para fóruns e convenções, oportunidades de participar de grupos de trabalho e na definição dos próximos passos no desenvolvimento de soluções para a rede.

VII.  EW-DOS

Em 2019, a EW lançou a Energy Web Chain, a primeira plataforma de blockchain de nível comercial do mundo especificamente adaptada para o setor global de energia. O roadmap de tecnologia da EW desde então cresceu e se tornou o Sistema Operacional Descentralizado Energy Web (EW-DOS), uma pilha completa de softwares e padrões descentralizados de código aberto que inclui aplicativos front-end e uma variedade de kits de ferramentas de desenvolvimento de software (SDKs – Software Development Kits) que aceleram a inovação no mercado de energia.

O EW-DOS oferece suporte a dois casos de uso principais: realizar a rastreabilidade de emissões de carbono e energia limpa e consumo de recursos de energia distribuída para aumentar a flexibilidade da rede.

Dentre as funcionalidades da solução estão a rastreabilidade de certificados de emissão de carbono e energia renovável e o uso de energia distribuída para o aumento da flexibilidade da rede. Para facilitar as transações entre bilhões de ativos, clientes e operadoras de rede, provedores de serviços e varejo o EW-DOS reúne uma séria de informações de identificadores e serviços de mensagem descentralizados que através de seu código fonte, aberto, permite que os participantes do mercado orquestrem digitalmente sistemas elétricos de baixo carbono.

O EW-DOS facilitará a integração de clientes, ativos e o novo mercado energético que está por vir. Uma das preocupações é a adaptabilidade regulatória em diversos países onde o EW-DOS pode se tornar uma solução global com padrões de infraestrutura digital no mercado de energia.

Segundo a Energy Web o objetivo do EW-DOS é que quando instalado, qualquer pessoa, startup, empresas ou clientes individuais possam inscrever um aplicativo em sua máquina sem a necessidade de uma infraestrutura própria. A rede descentralizada de “nós” da solução oferecerá todas as necessidades de infraestrutura como mensagens, armazenamento e o consenso de rede.

Como principais casos de uso para este conjunto de soluções, pode-se citar a identidade digital, registros decentralizados, mensagens de serviços e integrações de tecnologia para facilitar a transação de bilhões de ativos entre clientes, redes de operadores, provedores de serviços e consumidores.

Entre os principais projetos do conjunto de soluções do EW-DOS estão a rede Energy Web Chain, o token Energy Web (EWT), o EW Origin e o EW Zero, que serão abordados com mais detalhes na sequência.

VIII.  Energy Web Chain

Em 2019, a EWF lançou a Energy Web Chain, a primeira plataforma de blockchain de nível comercial do mundo especificamente adaptada para o setor global de energia. Trata-se de uma rede blockchain pública, escalável e de código aberto de prova de autoridade (PoA) suportado por validadores que compreendem um grupo autorizado de grandes empresas do setor de energia.

Dessa forma, a EW também desenvolveu o maior ecossistema do setor de energia do mundo – compreendendo concessionárias, operadoras de rede, desenvolvedores de energia renovável, compradores corporativos de energia e outros.

Esta plataforma serve como uma infraestrutura digital básica e compartilhada para que a comunidade de energia construa e execute suas soluções descentralizadas baseadas em blockchain (dApps – Decentralized applications). Juntos, a Energy Web, os afiliados e a comunidade estão desenvolvendo o potencial da tecnologia blockchain para acelerar a transição para um sistema de energia descentralizado, democratizado, descarbonizado e resiliente.

No ecossistema de aplicações da EW, foram desenvolvidos projetos que atendam às necessidades regulatórias, operacionais e de mercado exclusivas do setor de energia. Por exemplo, a rede pública baseada em Prova de Autoridade somente com validadores autorizados permite o consumo de energia enxuta para a rede, melhora a velocidade geral, escalabilidade e promove a aceitação entre reguladores e legisladores.

Além disso, a família de kits de ferramentas de desenvolvimento de software de código aberto torna mais fácil e rápido que as empresas adotem e implantem soluções para o mercado de energia utilizando as tecnologias blockchain da Energy Web.

IX.  Redes Testnet

Além da Energy Web Chain, a rede blockchain em ambiente de produção disponibilizada em junho de 2019, também foram lançadas outras duas redes de teste:

A “Tobalaba”, lançada em 2017 e já descontinuada, teve como objetivo testar o funcionamento geral da plataforma e possibilitar o desenvolvimento de soluções voltadas ao mercado de energia ainda que em caráter de testes.

A “Volta” lançada posteriormente, em abril de 2019, é uma rede mais robusta que tem como objetivo ser a rede blockchain de pré-produção. É quase idêntica à rede principal com um ambiente de controle de qualidade robusto e funciona como um ambiente sandbox de testes para o desenvolvimento de aplicativos descentralizados.

X.  Consenso de Prova de Autoridade

Para estabelecer um consenso sobre o estado atual e o histórico das transações, as redes de testes e a Energy Web Chain (EWC) usam atualmente o algoritmo de consenso Aura de Prova de Autoridade (Proof-of-Authority – PoA). Nesse modelo de consenso de PoA, apenas um grupo definido de nós, chamados de validadores, têm permissão para validar transações e criar blocos.

Todos os nós validadores mantêm uma lista completa dos validadores, identificados por chaves públicas. Esta lista muda conforme os validadores são adicionados ou removidos na rede. Além de armazenar o estado atual e histórico da rede, todos os validadores mantêm informações essenciais sobre a rede (como informações de tempo sincronizado e limites de processamento de dados).

Um validador é designado a cada 5 segundos como validador primário por meio do algoritmo PoA, responsável por coletar as transações transmitidas e propor a criação de um novo bloco. Apenas um validador é designado como primário por vez – com base em um cálculo derivado da data e hora em relógios sincronizados entre os nós validadores na rede e o número de validadores – a fim de evitar que os validadores criem blocos arbitrariamente em intervalos irregulares.

Se um validador falhar ao criar um bloco quando for selecionado (por exemplo, devido a problemas de hardware) ou seu bloco não for validado pelo grupo de nós validadores (por exemplo, devido a problemas de conectividade de rede), o próximo validador continua a criar um bloco com todas as transações que não foram processadas.

Os nós validadores restantes verificam se as transações em cada bloco são legítimas, assinam o bloco com suas chaves privadas e propagam o bloco assinado para a rede. Uma vez que a maioria simples dos validadores tenha criado um bloco no topo de um determinado bloco assinado, este novo bloco é confirmado e adicionado à cadeia de blocos da rede.

Este mecanismo de Prova de Autoridade (PoA) foi escolhido por três razões principais:

• Para habilitar a capacidade de transações de milhares ao invés de centenas de transações por segundo. A Energy Web Chain tem a capacidade de atingir uma capacidade de processamento 30 vezes maior do que a rede principal da Ethereum, uma das principais redes blockchain do mercado que executa o mecanismo de consenso de prova de trabalho (Proof-of-Work – PoA);
• Para minimizar o consumo de recursos (eletricidade e computação) e, consequentemente, os custos de transação: eliminar a prova de trabalho (Proof-of-Work – PoA) competitiva resulta em 54.000 vezes menos consumo de energia e 350 vezes menos custos de rede (ou seja, custos incorridos por organizações que hospedam nós validadores), o que se traduz em custos de transação menores e mais estáveis;
• Para melhorar a conformidade com os regulamentos e requisitos de negócios no setor de energia: substituir mineradores totalmente anônimos por validadores com autoridade no segmento aumenta a capacidade de aplicações descentralizadas para cumprir vários regulamentos, incluindo regulamentos de proteção de dados como GDPR e LGPD, aumentando a probabilidade de adoção por parte de usuários e empresas.

XI.  EWT – Energy Web Token

A plataforma blockchain da Energy Web apresenta um token utilitário nativo, o Energy Web Token (EWT), utilizado para pagar os custos de transações e financiar a infraestrutura dos validadores (servidores, custo de mão de obra etc.). Ele pode ser visto como o custo computacional, semelhante à um provedor de computação em nuvem é pago para que sua infraestrutura seja utilizada. Mas, em vez de um provedor de nuvem central, as taxas de transação em EWT são pagas ao validador que criou o bloco no qual a transação foi incluída.

Ele também protege a rede contra spam e o mau comportamento de participantes, uma vez que todas as operações de ‘gravação’, que altera o estado do blockchain (ou seja, adiciona dados ou modifica valores) exige o pagamento de uma “taxa de transação”. A transferência de tokens entre contas, a implantação de novos contratos inteligentes ou contas e a modificação do estado de contratos inteligentes existentes são exemplos de transações.

Porém, nem todas as transações são criadas da mesma forma: algumas exigem maior poder computacional do que outras, algumas são mais urgentes, alguns requerem maiores níveis de privacidade e, essas diferenças de uma transação para outra têm um impacto no custo final da transação. O preço médio de 1 EWT na rede Energy Web Chain nos últimos 6 meses é de aproximadamente $6 (6 dólares), mas o custo médio por transação é de frações de centavo.

XII.  Energy Web Origin

EW Origin é um conjunto de SDKs para a construção de novas soluções digitais que ajudam comunidades, empresas e operadores de frotas de veículos elétricos a atingir 100% de energia renovável e metas de carbono zero.

O pacote de SDKs EW Origin oferece suporte aos mercados de carbono e energia renovável para simplificar e melhorar a emissão, rastreamento e compra e venda de certificados de atributo de energia (EACs), incluindo certificados de energia renovável (RECs), garantias de origem (GOs) e I-RECs internacionais. A EW trabalha em conjunto com a International REC Standard Foundation para promover as melhores práticas nos mercados de rastreamento de certificados de atributos de energia e apoiar o desenvolvimento de novas plataformas em países com emissão de I-RECs.

O Origin utiliza o padrão ERC-1155, que combina um token não fungível com um componente fungível que é semelhante aos tokens ERC-20 e pode, portanto, ser transferido e agrupado de maneira semelhante. Em detalhes, o token não fungível armazena as informações do dispositivo e o intervalo de tempo do certificado e a parte fungível armazena o volume de energia que foi gerado naquele intervalo de tempo.

O Origin consiste em quatro módulos:

• Registry (Registro): O módulo de registro armazena e gerencia as informações do usuário e do dispositivo para informar a participação subsequente em mercados/programas EAC. O registro habilita recursos de armazenamento dentro e fora da cadeia, garantindo que as informações privadas sejam mantidas com segurança longe do domínio público, enquanto aproveita as provas on-chain para garantir que os dados fora da cadeia sejam verificáveis e invioláveis;
• Issuer (Emissor): O módulo do emissor permite que os emissores de EAC (por exemplo, reguladores, organismos de normalização) criem EACs mediante solicitação com base na evidência de geração fornecida. Além de apenas cunhar novos EACs, o módulo do emissor também garante que o ciclo de vida do certificado cumpra as regulamentações locais relevantes; cada plataforma ou aplicativo regional tem sua implementação do módulo emissor;
• Exchange (Troca): O módulo de troca facilita a negociação entre compradores e vendedores de EACs por meio de um sistema de livro de pedidos onde os vendedores publicam ofertas e compradores publicam lances. Assim que houver uma correspondência com base nos critérios e preço da EAC, a negociação é executada e a propriedade da EAC é atualizada;
• User Interface (Interface do usuário): o módulo UI é a cola que conecta todos os módulos subjacentes e os torna acessíveis ao usuário final. É também uma demonstração de como é fácil construir um mercado aberto, transparente e em conformidade com as regulamentações para EACs em todo o mundo.

Em resumo uma série de módulos de software de código aberto personalizáveis projetados para oferecer suporte a casos de uso de procedência e rastreabilidade, incluindo mercados de energia renovável digital e gestão da demanda.

As soluções criadas com o Origin permitem maior eficiência de custo, confiabilidade, robustez, facilidade de uso e acesso ao mercado por parte dos consumidores e podem também se conectar ao EW Zero, uma aplicação que possibilita localizar e obter energia renovável livre de emissões e verificada digitalmente em todo o mundo.

XIII.  Energy Web Zero

EW Zero é um aplicativo de código aberto que permite que qualquer comprador de energia renovável – corporações multinacionais, pequenas e médias empresas, frotas de veículos elétricos, redes de blockchain descentralizadas – busquem e encontrem opções de compra em uma ampla variedade de mercados digitais em todo o mundo.

Esta aplicação ajuda a simplificar o processo de aquisição, aumentar a transparência sobre as opções disponíveis, remover barreiras de entrada e reduzir vários custos associados à negociação entre compradores e vendedores de energia renovável, transferência de propriedade sobre certificados de atributo de energia (EACs) e relato dos impactos ambientais resultantes.

Zero integra uma infinidade de mercados – incluindo aqueles construídos com EW Origin – por meio de uma interface digital única e conveniente. Os operadores de mercado podem, assim, explorar uma nova fonte de compradores de energia renovável, ajudando a atrair negócios em crescimento para suas plataformas.

XIV.  Conclusões

O futuro da eletricidade está em soluções centradas no cliente e de baixo carbono. Isso significa energia renovável (especialmente solar e eólica) e investimento em tecnologias de “ponta da rede” localizadas no cliente, como energia solar fotovoltaica de telhado, veículos elétricos e termostatos inteligentes.

Para alcançar a adoção massiva de tecnologias descentralizadas, o setor de energia requer ferramentas de nível empresarial que simplificam a experiência do usuário final e o desenvolvimento e implantação de aplicativos.

As organizações membras da EW completaram coletivamente dezenas de projetos piloto e de prova de conceito nos últimos três anos e que provaram o valor comercial das tecnologias de blockchain descentralizadas, o que é uma confirmação de que a Energy Web está acelerando toda uma cadeia de soluções baseadas em necessidades do mercado e permitindo que qualquer ativo de energia pertencente a qualquer cliente participe de qualquer mercado de energia.

Agradecimentos

À AES Brasil pela confiança na Fohat Corporation e, à sua equipe de inovação, representada por Julia Rodrigues, que contribuem atuando como grandes conhecedores do mercado de energia, profissionais com histórico de relevante contribuição ao mercado de energia e ao mercado de tecnologia. Aos colaboradores da Fohat Corporation, pela grande contribuição na escrita, revisão e publicação deste artigo.

Referências

• THE INTERNATIONAL REC STANDARD. What are RECs? | I-REC Standard. Disponível em: < https://www.irecstandard.org/what-are-recs/>. Acesso em 25 de abril de 2021.
• THE INTERNATIONAL REC STANDARD. I-REC Standard – The International REC Standard Foundation. Disponível em < https://www.irecstandard.org/>. Acesso em 25 de abril de 2021.
• Blockchain: A true disruptor for the energy industry. Disponível em: <https://www2.deloitte.com/us/en/pages/energy-and-resources/articles/blockchain-use-cases-energy-resources-industry-disruptor.html>. Acesso em: 21 de março de 2021.
• ENERGY WEB. Energy Web – Energy Web. Disponível em: <https://www.energyweb.org/>. Acesso em 21 de março de 2021.
• ENERGY WEB. Renewable Energy Markets – Energy Web. Disponível em <https://www.energyweb.org/solutions/renewable-energy-markets/>. Acesso em 21 de março de 2021.
• ENERGY WEB. Energy Web Decentralized Operating System – Energy Web. Disponível em: <https://www.energyweb.org/technology/ew-dos/>. Acesso em 21 de março de 2021.
• EWF – Energy Web Foundation. Disponível em: <https://energyweb.atlassian.net/wiki/spaces/EWF/overview>. Acesso em 21 de março de 2021.