Czy przez kopanie kryptowalut płacimy dziś wszyscy więcej za energię?

Dogłębna analiza sytuacji w zakresie zużycia energii elektrycznej przez sieć Bitcoin. Zobacz dane, prognozy, poznaj sposoby rozwiązania problemów. Przekonaj się, czy energochłonność wydobycia BTC ma wpływ na koszty energii dla zwykłego Kowalskiego.

Czy to możliwe, że miliony ludzi, którzy nigdy nie wydobywali ani nie handlowali bitcoinami, składają się de facto na istnienie sieci? Czy zasadnym jest założyć, że wysoki stopień energochłonności wszystkich blockchainów PoW (razem wziętych) wpływa bezpośrednio na ceny energii dla zwykłego Kowalskiego?

Profesor Matteo Benetton z Uniwersytetu w Chicago uważa, że tak właśnie jest. Wraz z kilkoma współpracownikami przeprowadził badania, z których jasno wynika zasadność tych tez. O nich za chwilę.

Naukowcy wykazali, że moc obliczeniowa potrzebna do wydobycia nowych bitcoinów pochłania ogromne ilości energii elektrycznej i podnosi rachunki za energię dla mieszkańców i firm w ośrodkach, gdzie zlokalizowane są farmy wydobywcze. Czy jednak tylko im?

Po kolei…

Debata na temat znacznego zużycia energii przez sieć Bitcoin nie jest nowa. W celu podkreślenia, z jak dużą skalą problemu mamy do czynienia, krytycy bardzo często korzystają z takich wizualizacji, jak ta zamieszczona poniżej. Na załączonym schemacie widać wyraźnie, że Bitcoin potrafi zużyć więcej energii elektrycznej niż niejedno państwo świata:

Zarys problemu

Wykorzystanie energii

U podstaw działania sieci Bitcoin leży jej mechanizm konsensusu – Proof-of-Work. W celu zapewnienie bezpieczeństwa i sprawnego działania łańcucha bloków Bitcoin wymagane jest wykorzystanie wysokich pokładów energii. Jest to kosztowne, ale górnicy Bitcoin otrzymują w zamian nagrody w postaci nowo wydobytych BTC oraz opłat transakcyjnych, dzięki czemu – przy zachowaniu optymalnej kalkulacji kosztów – ​​jest to dla nich ekonomicznie opłacalne.

Wykorzystanie OZE w miningu BTC

Wydobywanie bitcoinów opiera się aktualnie w dużej mierze na energii odnawialnej, co pozwala obniżyć koszty górników i zmniejszyć wymiar śladu węglowego, który mining pozostawia w atmosferze.

Sektor wydobycia kryptowalut opartych o Proof-of-Work wydaje się być coraz bardziej świadomy tego, że wykorzystanie odnawialnych form energii, takich jak chociażby energia słoneczna czy wiatrowa, może dodatkowo zapewnić ujście dla jej nadmiaru, który w innym przypadku mógłby zostać po prostu zmarnowany.

Użyteczność Bitcoina i bardziej energooszczędna przyszłość kryptowalut

Bitcoin ma wiele zalet w porównaniu z narzędziami stosowanymi w branży tradycyjnych finansów, co czyni go nieocenionym w konkretnych przypadkach użycia w przyszłości.

Za zdecydowanie bardziej energooszczędny model konsensusu do weryfikacji transakcji w łańcuchach bloków uchodzi Proof-of-Stake, aczkolwiek on również ma swoje wady i mógłby nie być idealnym rozwiązaniem w odniesieniu do Bitcoina.

Przejdźmy do bardziej szczegółowej analizy…

Dlaczego Bitcoin zużywa tak dużo energii?

Bitcoin zużywa energię elektryczną do dwóch głównych celów: wydobywania nowych monet i walidacji transakcji.

Emisja monet

Parafrazując wypowiedź Nica Cartera zawartą w jego artykule na temat energochłonności Bitcoina, jednym z wyzwań, z którym musiał zmierzyć się Satoshi Nakamato podczas tworzenia nowego systemu monetarnego, było to, „jak dystrybuować jednostki waluty w sposób uczciwy i wzbudzający zaufanie do systemu?”

Trzymanie tokenów lub po prostu rozdawanie ich małej, elitarnej grupie przyjaciół stworzyłoby uprzywilejowaną mniejszość i zdyskredytowało obietnicę systemu godnego zaufania. Jakie jest rozwiązanie tego problemu? Regularnie rozdawaj monety osobom, które odważyły ​​się na zakup uniwersalnie cennego towaru: energii. Na tym polega idea Proof of Work.

„Dowód pracy” odnosi się do zużycia energii wykorzystanej w celu wydobywania bitcoinów, na bazie energochłonnego procesu walidacji i weryfikacji transakcji, które mają miejsce w sieci. W zamian za swój wysiłek górnicy są nagradzani BTC. Proces wydobycia jest podobny do wydobywania złota, ponieważ jest zarówno kapitałochłonny, jak i działa w systemie wolnorynkowym, umożliwiając przy tym dystrybucję energii wydobywczej w sposób zdecentralizowany na całym świecie.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że większość podaży BTC została już uwolniona. Do wydobycia pozostało już tylko 10% z 21 000 000 cyfrowych monet.

Co więcej, gdy podaż bitcoinów maleje, wielkość nagrody (które można traktować jako „dotację” zachęcającą do wydobycia) przyznawanej górnikom, którzy wydobędą blok, zmniejszana jest co 4 lata w toku predefiniowanego wydarzenia o charakterystycznej nazwie halving.

Początkowo nagroda za wydobycie nowego bloku wynosiła 50 bitcoinów, ale teraz spadła do 6,25 bitcoinów. Zakładając, że rzeczywista wartość bitcoina nie bedzie podwajać się co cztery lata do roku 2140 (kiedy to zostanie wydobyty ostatni BTC), mining stanie się mniej dochodowy, ponieważ nagrody będą coraz rzadsze. Wszystko to oznacza, że:

• Dowód pracy jest energochłonny, ale miał na celu wzbudzenie zaufania do Bitcoin jako waluty i zapewnić sprawiedliwą dystrybucję nowych monet

• Wraz ze spadkiem nagród blokowych, wydatki na energię w związku z emisją nowych monet powinny w przyszłości spadać

Transakcje

Co jednak, jeśli liczba transakcji w sieci Bitcoin będzie nadal rosła, skalując się, aby obsługiwać coraz więcej spośród ponad 1 miliarda codziennych transakcji na świecie? Sieć Bitcoin obecnie rozlicza tylko około 300 000 transakcji dziennie, w przeciwieństwie do tradycyjnej sieci Visa, która obsługuje około 150 milionów transakcji dziennie.

W rzeczywistości nie ma sensu, aby Bitcoin obsługiwał częste i odwracalne transakcje, tylko działał raczej jako ostateczna warstwa rozliczeniowa. Szybkie, bezpieczne i ostateczne rozliczenie zapewniane przez Bitcoin zmienia jednak zasady gry w przypadku dużych transakcji międzynarodowych, które zazwyczaj trwają kilka dni, wiążą się z wysokimi opłatami i podlegają szczegółowej weryfikacji.

„Bitcoin oferuje szybkie, pewne i ostateczne rozliczenie. Oznacza to, że podmioty transakcyjne mogą ufać, że transfery wartości są absolutnie ostateczne w krótkim czasie. Pozwala to na skalowanie Bitcoina do ogromnych rozmiarów — transakcje o wartości miliardów dolarów są powszechne i rozliczane bez incydentów” – Nic Carter

Bitcoin jest o wiele tańszy (koszt nie skaluje się wraz z wielkością transakcji) i bardziej weryfikowalny. W rzeczywistości na Bitcoinie można zbudować dodatkowe warstwy płatności, zapewniając większą skalowalność: tysiące mniejszych transakcji można połączyć w jedno dzienne rozliczenie w sieci.

Ile energii zużywa sieć Bitcoin?

Przeanalizujmy fakty.

Według danych dostarczonych przez Bitcoin Energy Consumption Index, maksymalny estymowany wymiar zużycia energii przez sieć króla kryptowalut szacuje się na poziomie 204,5 TWh rocznie:

Uśrednione, roczne dane w kontekście śladu węglowego, zużycia energii i wymiaru generowanych odpadów elektro generowanych przez całą sieć Bitcoina przedstawiają się następująco:

W odniesieniu do pojedynczej transakcji BTC wygląda to natomiast tak:

Zużycie energii elektrycznej przez Bitcoin w porównaniu ze zużyciem przez różne kraje

Ciągły cykl wydobywania bloków zachęca ludzi na całym świecie do wydobywania bitcoinów. Ponieważ wydobycie może zapewnić solidny strumień dochodów, ludzie są bardzo chętni do uruchamiania energochłonnych maszyn, aby uszczknąć choć kawałek tego tortu.

Cała sieć Bitcoin zużywa teraz więcej energii niż wiele krajów. Gdyby Bitcoin był państwem, miałby w tej kwestii taką rangę, jak poniżej:

Twojej uwadze nie umknął z pewnością fakt, że (w ujęciu rocznym) sieć Bitcoina wykorzystuje obecnie więcej energii niż Polska!

Możliwe jest również porównanie zużycia energii przez Bitcoin z niektórymi z krajów, które konsumują najwięcej energii na świecie. Oto, w jakim wymiarze energia zasilająca Bitcoina pokrywa zużycie na poziomie poszczególnych państw:

Ślad węglowy

Ogromne zużycie energii nie jest być może jedynym największym problemem Bitcoina. Dochodzi do tego fakt, że wiele farm wydobywczych znajduje się w regionach, które w dużej mierze opierają się na energii opartej na węglu.

Ustalenie dokładnego wpływu sieci Bitcoin na emisję dwutlenku węgla było wyzwaniem od lat. Aby to określić, trzeba nie tylko znać zapotrzebowanie na moc sieci Bitcoin, ale także wiedzieć, skąd ta moc pochodzi. Lokalizacja ośrodków wydobywczych jest kluczowym elementem do estymowania tego, jak czysta jest energia, z której korzystają górnicy.

Tak jak nie jest łatwo dowiedzieć się, jakie maszyny są aktywne w sieci Bitcoin, tak samo proste nie jest określenie ich dokładnej lokalizacji. Początkowo jedyną dostępną informacją było powszechne przekonanie, że większość górników znajdowała się w Chinach. Znając średni współczynnik emisji chińskiej sieci (około 700 gramów ekwiwalentu dwutlenku węgla na kilowatogodzinę), można go wykorzystać do bardzo przybliżonego wskazania intensywności emisji węgla w energii wykorzystywanej do wydobycia bitcoinów. Zakładając, że 70% wydobycia bitcoinów miało jeszcze do niedawna miejsce w Chinach, a 30% wydobycia jest całkowicie „zielone”, daje to średnią ważoną intensywność emisji 490g CO2/kWh. Liczbę tę można następnie zastosować do oszacowania zużycia energii przez sieć Bitcoin, aby określić jej ślad węglowy.

Bardziej szczegółowe oszacowanie

Bardziej szczegółowe informacje stały się dostępne dzięki Global Cryptocurrency Benchmarking Study autorstwa Garricka Hilemana i Michela Rauchsa. W swoim badaniu zidentyfikowali oni obiekty reprezentujące mniej więcej połowę całego hash rate Bitcoina przy całkowitym (dolnym ograniczeniu) konsumpcji wynoszącym 232 megawaty. Za około połowę tego odpowiadały chińskie zakłady wydobywcze, przy zużyciu około 111 megawatów. Informacje te można było wykorzystać do uzyskania dokładniejszego wyobrażenia o współczynniku emisji dwutlenku węgla w gramach, który ma zastosowanie do energii elektrycznej wykorzystywanej do wydobycia.

Poniższa tabela przedstawia zestawienie energochłonności przebadanych przez Hilemana i Rauchsa obiektów wydobywczych. Stosując współczynniki emisji z sieci danego kraju można było stwierdzić, że sieć Bitcoin miała średnią ważoną intensywność emisji 475 gCO2eq na zużytą kWh. (Liczba ta jest obecnie stosowana do określenia śladu węglowego sieci Bitcoin na podstawie wskaźnika zużycia energii Bitcoin):

W badaniu zatytułowanym „The Carbon Footprints of Bitcoin” uwzględniono różnice w zużyciu energii do wydobycia BTC względem lokalizacji, wprowadzając jednocześnie nową metodę lokalizacji górników na podstawie adresów IP). Badania potwierdziły średnią ważoną intensywności emisji dwutlenku węgla na poziomie 480-500 gCO2eq na kWh dla całej sieci Bitcoin (zgodnie z wcześniejszymi i bardziej przybliżonymi szacunkami).

Stosując podobne podejście, naukowcy z Cambridge zapewnili bardziej szczegółowy wgląd w lokalizację górników BTC. W ujęciu rocznym, średni udział odnawialnych źródeł energii pozostaje relatywnie niski. Kiedy Cambridge przeprowadziło badanie wśród górników (w 2020 r.), respondenci wskazali, że tylko 39% ich całkowitego zużycia energii faktycznie pochodziło z odnawialnych źródeł energii. Zwrócono uwagę, że dotyczyło to przede wszystkim energii hydroelektrycznej, która w miesiącach letnich (pora deszczowa) pochodziła głównie z chińskiej prowincji Syczuan. Aktualizacja mapy wydobywczej Cambridge w 2021 r. wykazała, że ​​udział sieci w tych obszarach spadał już przed tym, jak Chiny wprowadziły zakaz kopania aktywów cyfrowych.

Porównanie zużycia energii przez Bitcoin z innymi systemami płatności

Aby spojrzeć na poziom energii zużywanej przez sieć Bitcoin z odpowiedniej perspektywy, możemy porównać ją z innym systemem płatności, takim jak na przykład VISA.

Według VISA, firma zużywa na wszystkie swoje działania (na całym świecie) łącznie 740 000 gigadżuli energii (z różnych źródeł). Odpowiada to zapotrzebowaniu na energię około 19 304 amerykańskich gospodarstw domowych. Wiemy również, że VISA przetwarza rocznie ponad 130 miliardów transakcji.

Na podstawie tych liczb można porównać ze sobą obydwie sieci i pokazać, że Bitcoin jest o wiele bardziej energochłonny (per transakcja) niż VISA. Różnica w intensywności emisji dwutlenku węgla na transakcję jest jeszcze większa, ponieważ energia wykorzystywana przez VISA jest stosunkowo bardziej „zielona” niż energia wykorzystywana przez sieć wydobywczą Bitcoin. Ślad węglowy na transakcję VISA wynosi tylko 0,45 grama CO2:

Oczywiście VISA nie jest pod tym względem idealnie reprezentatywna dla globalnego systemu finansowego. Porównanie z przeciętną transakcją bezgotówkową w zwykłym systemie finansowym wciąż pokazuje, że przeciętna transakcja Bitcoin wymaga użycia kilku tysięcy razy więcej energii.

Ograniczona skalowalność powoduje określone konsekwencje

Jednym z kluczowych powodów, dla których poziom emisji CO2 na transakcję Bitcoin może być tak ekstremalny jest to, że blockchain tej sieci nie jest zbudowany tylko na wymagającym energii algorytmie, ale jest również niezwykle ograniczony pod względem zdolności przetwarzania transakcji.

Ponieważ nowy blok jest generowany średnio raz na 10 minut, limit danych uniemożliwia sieci obsługę ponad 7 transakcji na sekundę. W najbardziej optymistycznym scenariuszu Bitcoin mógłby zatem teoretycznie obsłużyć około 220 milionów transakcji rocznie. Tymczasem, globalny system finansowy obsługuje ponad 700 miliardów płatności cyfrowych rocznie (a dostawca płatności, taki jak VISA, w razie potrzeby może obsłużyć ponad 65 000 na sekundę).

Maksymalna zdolność transakcyjna Bitcoina stanowi zaledwie 0,03% tej (szybko rosnącej) liczby. To mniej niż całkowita liczba płatności elektronicznych przetwarzanych w kraju takim jak Węgry (ponad 300 milionów rocznie), nawet biorąc pod uwagę, że gotówka nadal stanowi dwie trzecie wszystkich transakcji płatniczych w tym kraju.

Przy tak niewiarygodnie niskim limicie Bitcoin po prostu nie jest w stanie osiągnąć żadnej formy przyjęcia do głównego nurtu jako globalnej waluty i/lub systemu płatności. W przeciwieństwie do limitu transakcji sieci, zużycie energii w sieci nie jest ograniczone. Cena bitcoina jest jednym z głównych czynników wpływających na środowisko i nie ma ograniczeń co do tego, jak wysoko może ona powędrować. Dzięki temu sieć Bitcoin może zużywać kilka razy więcej energii elektrycznej niż całe Węgry (który zużywa rocznie 43 TWh).

Inna perspektywa

Z powodu wyżej wymienionych problemów ze skalowalnością często twierdzi się, że Bitcoin jest bardziej jak „cyfrowe złoto” niż system płatności. Dlatego też możemy porównać wydobywanie bitcoinów do wydobywania złota (w pewnym sensie). Każdego roku wydobywa się około 3531 ton złota, a łączny wymiar związanej z tym emisji CO2 wynosi 81 milionów ton metrycznych. Porównując to z intensywnością emisji CO2 w kontekście wydobycia BTC możemy zauważyć, że ta ostatnia przewyższa intensywność wydobywania złota. Zwróć uwagę, że obejmuje to opłaty za wydobycie, które nie mają porównania w wydobyciu prawdziwego złota (ponieważ musielibyśmy umieścić wcześniej wydobyte złoto z powrotem w ziemi).

Porównanie jest naznaczone ryzykiem błędu, jako że możemy przestać wydobywać prawdziwe złoto. Gdyby jednak górnicy przestali wydobywać BTC, cała sieć przestałaby działać.

Kwestia zielonej energii

Dowód pracy był pierwszym algorytmem konsensusu, który zdołał się sprawdzić, aczkolwiek nie jest jedynym, który funkcjonuje aktualnie w przestrzeni łańcuchów bloków. W ostatnich latach opracowywano bardziej energooszczędne algorytmy, takie jak proof-of-stake. W przypadku PoS rolę górników przejmują stakerzy – jednostki, które blokują zasoby cyfrowe w swoich portfelach. Dzięki temu nie jest konieczne używanie energochłonnych maszyn, które generują jak najwięcej haszy na sekundę. Z tego powodu zużycie energii na PoS jest znikome w porównaniu z PoW.

W połowie ubiegłego roku firma Square opublikowała opracowanie zatytułowane Bitcoin is Key to an Abundant, Clean Energy Future. Podjęto w nim próbę wytłumaczenia, w jaki sposób Bitcoin mógłby korzystać z najszybciej rozwijających się gałęzi odnawialnych źródeł energii, pochodzących głównie ze słońca i wiatru.

Problem polega na tym, że energia wiatrowa i słoneczna mają jedną poważną wadę: charakteryzuje je nieciągłość. Podczas gdy źródła energii, takie jak energia jądrowa, gaz ziemny i elektrownie wodne, mogą być stałymi źródłami energii, energia słoneczna osiąga szczyt w południe, a w nocy spada do zera. Wiatr jest nieprzewidywalny (w nocy bywa silniejszy). Niestety, szczytowe zapotrzebowanie na moc pojawia się zwykle wczesnym rankiem i wieczorem, kiedy słońce właśnie zaszło. Nadmiar energii wytwarzany przez słońce w południe i wiatr w nocy musi być jakoś magazynowany, bo inaczej zostanie zmarnowany.

Problem pogłębia dodatkowo kwestia przeciążenia sieci (w sensie elektrycznym). Oznacza to, że ​​nie cała energia może być z powodzeniem przesyłana do miejsc, w których można ją wykorzystać. Chociaż wiatr i energia słoneczna są dwoma najtańszymi odnawialnymi źródłami energii, problemy związane z nieciągłością dostaw i przeciążeniami sieci mogą utrudniać wzrost ich wykorzystania.

Czy energochłonność wydobycia BTC ma wpływ na koszty energii dla zwykłego Kowalskiego?

Cóż, kiedy do Nowego Jorku zaczęli sprowadzać się górnicy, lokalni mieszkańcy i małe firmy zaczęły płacić za to cenę w postaci rosnących stawek za energię elektryczną.

W nowym dokumencie opublikowanym przez Berkeley Haas szacowano, że zapotrzebowanie na energię związane z wydobyciem kryptowalut w północnej części stanu Nowy Jork podniosło roczne rachunki za prąd o około 165 milionów dolarów dla małych firm i 79 milionów dolarów dla osób fizycznych – przy niewielkich bądź żadnych lokalnych korzyściach ekonomicznych.

„Małe firmy działają na bardzo niskich marżach, więc nie sądzę, że byłyby szczęśliwe płacąc za energię, którą wykorzystują górnicy kryptowalut” – powiedział prof. Matteo Benetton z Booth School of Business na Uniwersytecie w Chicago. „A zyski nie pozostają na miejscu” – dodał. „Zyski z wydobywania bitcoinów można w ciągu sekundy przenieść z północnej części stanu Nowy Jork do Włoch, Kolumbii lub Chin”.

Autorzy badania zwrócili uwagę na fakt, że ogromne farmy serwerów do wydobywania kryptowalut zatrudniają zaledwie kilka osób, ale zużywają energię elektryczną liczoną w megawatach.

Biorąc pod uwagę wzrosty ceny BTC i krzywe popytu na energię elektryczną naukowcy oszacowali, że wydobycie kryptowaluty podnosi miesięczne rachunki za energię elektryczną o około 8 USD dla osób fizycznych i 12 USD dla małych firm.

„To daje do 250 milionów dolarów tylko w przypadku północnej części stanu Nowy Jork przez rok, a jeśli rozważać to w kategoriach całych Stanów Zjednoczonych, może to być nawet 1 miliard dolarów rocznie.”

Ważne:

Podstawę do estymacji rzeczywistych danych w zakresie zużycia energii elektrycznej przez Bitcoin przedstawionych w niniejszym artykule znajdziesz tutaj.

Przydatne linki:

• https://www.nytimes.com/interactive/2021/09/03/climate/bitcoin-carbon-footprint-electricity.html
• https://wintonark.medium.com/bitcoin-mining-impact-on-renewable-uptake-fc91c5aa9be0
• https://www.visualcapitalist.com/comparing-the-carbon-footprint-of-gold-and-bitcoin/
• https://usa.visa.com/dam/VCOM/download/corporate-responsibility/visa-2019-corporate-responsibility-report.pdf
• https://medium.com/gochain/the-truth-about-bitcoin-and-ethereum-energy-consumption-20a325f39b52
• https://ccaf.io/cbeci/mining_map
• https://squareup.com/us/en/press/bcei-white-paper
• https://tokenomy.medium.com/bitcoins-energy-consumption-fb33f90e5eea