Воздействие майнинга биткоина на окружающую среду

Аннотация: В этой статье мы рассматриваем проблему выброса парниковых газов, связанного с майнингом биткоина. Мы утверждаем, что наиболее эффективным критерием оценки ситуации для пользователей и бирж являются транзакционные сборы в блокчейне, которые служат основным методом прямого стимулирования майнеров на трату энергии. Мы приводим наши собственные очень простые и консервативные расчеты в попытке оценить выбросы углекислого газа из расчета на $1 комиссии за транзакции, при этом (в некоторой степени) учитывая уникальные энергетические характеристики биткоина, которые стимулируют использование дешевой энергии и потенциальное использование «заблокированной» энергии. Как и любая методика измерения вредного воздействия майнинга биткоина на окружающую среду, наша методология несовершенна, противоречива и спорна, но мы считаем, что не существует такого подхода к этому вопросу, который бы полностью устроил критиков, и наш подход более совершенен, чем некоторые известные модели оценки.

Обзор

После твита Илона Маска от 12 мая 2021 года, в котором он жаловался на высокий уровень выбросов углекислого газа, связанных с майнингом биткоина, мы решили провести небольшой эксперимент, изучить ситуацию и, если это возможно, рассчитать количество выбросов, связанных с транзакциями с биткоином на BitMEX. 

Во-первых, следует отметить, что это непростая и неоднозначная задача — подсчитать выбросы углекислого газа практически для любой экономической деятельности очень сложно, особенно если речь идет о системе, работающей на основе стимулов, которой является блокчейн биткоина. Любые алгоритмы или расчеты неизбежно будут изобиловать противоречиями и ошибками. Поэтому практически невозможно дать ответ на этот вопрос, который удовлетворит большинство людей, а любой анализ обязательно будет иметь существенные недостатки. Тем не менее, мы попытались объективно и всесторонне рассмотреть эти проблемы. Мы взяли за основу несколько очень слабых попыток выполнить такую оценку, которые часто включали амортизацию «субсидии за блок» (вознаграждения за добычу блока) на все транзакции в блокчейне и в результате получали невероятно высокую стоимость выбросов углерода на транзакцию (часто на два порядка выше, чем можно объективно предположить). Мы были уверены, что сможем разработать более эффективную и точную методику. Можно предположить, что плату за вредное воздействие майнинга биткоина на окружающую среду на основе вознаграждения за добытый блок должны разделить между собой инвесторы/владельцы биткоина, поставщики инвестиционных продуктов и кастодиальные сервисы (хранилища). С другой стороны, на пользователей, торговцев и биржи можно было бы возложить экологические издержки, связанные с транзакциями и комиссией за транзакции.

В этой статье мы попытаемся сформулировать новую методику оценки вредного воздействия транзакций с биткоином на окружающую среду, используя систему, которая частично отражает некоторые положительные аспекты, связанные с энергопотреблением биткоина. Это лишь приблизительная оценка, которую можно использовать в краткосрочной перспективе, а не долгосрочное решение. 

Прежде чем читать дальше, рекомендуем ознакомиться с нашей статьей о потреблении энергии блокчейном биткоина, опубликованной в сентябре 2017 года, в которой объясняется, почему Китай и гидроэнергетика были главными источниками энергии для сети биткоина в тот период. Это был первый крупный материал BitMEX Research, и хотя этот отчет уже немного устарел, а ситуация изменилась, насколько нам известно, это первый подробный анализ уникальности майнинга биткоина как способа потребления электроэнергии, ведь конечные потребители майнинга не обязательно должны располагаться рядом с источником энергии.

В целом, в обществе бытуют настолько разные мнения о биткоине, что говорить о потреблении энергии системой биткоина довольно сложно, т.к. эти разные мнения приведут к совершенно разным выводам. Ниже мы разделили общество на три группы, отстаивающие разные мнения о биткоине и потреблении энергии в процессе майнинга.

Группа 1.  Биткоин абсолютно бесполезен, его цена искусственно раздута, ее невозможно поддерживать в долгосрочной перспективе

Представители этой группы считают, что биткоин — абсолютно бесполезное изобретение. По их мнению, стремительный рост цены ВТС вызван неверным представлением о современных технологиях и сенсационным пузырем, который можно описать по книге Чарльза Маккея «Наиболее распространенные  заблуждения и безумства толпы». Вдобавок ко всему, они считают, что ситуация катастрофическая, ведь в отличие от множества других маний, эта конкретная мания имеет негативный экстернальный эффект, поскольку наносит большой ущерб окружающей среде. К этой группе относится большинство критиков майнинга биткоина из-за высокого энергопотребления. Представителей этой группы вряд ли убедит аргумент, что майнинг биткоина — едва ли не единственная «географически нейтральная» форма энергопотребления, поэтому чрезвычайно экологична. И даже если биткоин по большому счету бесполезен, что с того? 

Представители этой группы, обеспокоенные состоянием окружающей среды, могут немного утешиться. Если это действительно правда, то «ничем не подкрепленный» ценовой пузырь в конце концов лопнет, и стимул для майнинга биткоина исчезнет. Если это действительно так, майнинг не является долгосрочной экологической проблемой. Защитники экологии из этого лагеря могут попытаться просветить инвесторов о «бесполезности» или переоцененности биткоина, чтобы уменьшить ущерб, который система наносит окружающей среде в краткосрочной и среднесрочной перспективе.

Новая волна роста цены биткоина усилила пессимизм многих критиков. Став свидетелями нескольких монументальных циклов роста цены биткоина на протяжении последних лет и по-прежнему твердо веря в бесполезность ВТС, некоторые из них сформировали негативное мнение об инвестирующей публике и ее стремлении вкладывать деньги в биткоин, несмотря на его «бесполезность». Поэтому они не предвидят конца стремительному росту биткоина и ожидают, что бессмысленный ущерб окружающей среде продлится и в будущем. Похоже, что избитые фразы вроде «биткоин с нами надолго» уже не вызывают былого скепсиса и протестов даже среди критиков. Если вы относитесь к этой группе, но считаете, что биткоин уже никуда не денется, то да, майнинг биткоина наносит огромный вред окружающей среде, и что тут еще сказать? Но это далеко не единственная деятельность, которая кажется окружающим бессмысленной и наносит вред окружающей среде. Можно возразить, что защитники окружающей среды не должны позволять своим личным вкусам и неприязни к деятельности других людей влиять на их экологические кампании. Но ожидать, что они прислушаются к этому аргументу, нереалистично.

Группа 2. Биткоин может иметь некоторые полезные характеристики, которые можно реализовать в системе без доказательства выполнения работы

Представители второй группы считают, что у биткоина есть потенциал, но доказательство выполнения работы (Proof of Work) не обязательно должно быть частью майнинга. Например, им кажутся интересными криптовалюты в целом, а именно идея транзакций с использованием криптографии с открытым закрытым ключом, когда получатель проверяет подпись отправителя средств. На наш взгляд, в этих идеях нет ясности и четкого понимания устройства блокчейна; использование цифровых подписей гораздо интереснее в децентрализованной системе, где закрытый ключ представляет собой высшую форму собственности.

С другой стороны, можно считать, что устойчивая к цензуре система консенсуса достижима и при использовании менее энергоемкого механизма, например, доказательства владения (Proof of Stake). Мы признаем, что если будет доказано, что системы PoS могут эффективно работать и масштабироваться, то да, биткоин может оказаться в невыгодном положении, учитывая его относительно высокое энергопотребление. Мы планируем в ближайшие месяцы вернуться к анализу систем PoS, начатому в апреле 2018 года. 

Группа 3. Биткоин может иметь полезные характеристики и не может быть отделен от доказательства работы

К третьей группе с большой вероятностью относится большинство наших читателей. Суть майнинга биткоина как раз и заключается в соперничестве за использование как можно большего количества электрической энергии для принятия решений по потенциально противоречивым транзакциям. Без этого майнинг биткоина невозможен, потому что это едва ли не главная его определяющая характеристика. Кроме того, биткоин по своей сути также имеет социальную пользу, не в последнюю очередь как инструмент, позволяющий тем, кто не может участвовать в традиционной финансовой системе, осуществлять финансовые операции без ограничений со стороны потенциальных угнетателей. Поэтому можно считать, что биткоин исключительно положительно влияет на общество, что в некоторой степени оправдывает его негативное воздействие на окружающую среду.

Представители этой группы считают, что усилия, направленные на решение экологических проблем, по большей части бессмысленны или являются «показной добродетелью» — почему именно этот вид использования энергии нужно критиковать, а не все остальные? А как насчет других видов бессмысленной и вредной для окружающей среды деятельности, таких как военные действия или чартерные авиаперелеты? 

Амортизация субсидии за блок на весь объем транзакций

Некоторые организации, пытающиеся оценить расход электроэнергии на одну транзакцию с биткоином, часто получают просто астрономические значения. Например, по оценкам сайта statista.com, для осуществления одной транзакции с биткоином требуется более 1662 кВт/ч электроэнергии, в то время как для 100 000 транзакций по картам VISA нужно всего 148 кВт/ч электроэнергии — разница примерно в миллион раз. Эта цифра кажется довольно абсурдной, ведь 1662 кВт/ч электроэнергии стоит несколько сотен долларов США. В настоящее время средняя комиссия за транзакцию в сети биткоина составляет около $4. Зачем майнерам тратить сотни долларов на оплату счетов за электроэнергию ради заработка в пару долларов? Это противоречит элементарной логике, и эта цифра, превышающая 1000 кВт/ч на транзакцию, практически ничего не говорит о биткоине, майнинге или потреблении энергии. Очевидно, что если пользователь биткоина включает в свою транзакцию плату в размере $4, то он стимулирует потребление электроэнергии на сумму не более $4, что составляет примерно 30 кВт/ч на одну транзакцию, но никак не 1662 кВт/ч.

Эти завышенные оценки энергопотребления приводят к амортизации (разделению) субсидии за блок, которая в настоящее время составляет 6,25 биткоина, на все транзакции в блокчейне. Использование субсидии может помочь в оценке общего энергопотребления системы биткоина, но кажется странным использовать ее для расчета потребления энергии на одну транзакцию. В конце концов, этот аспект находится вне контроля отдельных пользователей, они могут повлиять только на комиссию, которую платят, и именно эта комиссия стимулирует дополнительный майнинг. Кроме того, субсидию за блок можно рассматривать как средство обеспечения жизнеспособности всей системы, и если амортизировать эти затраты на все транзакции, то почему бы также не добавить сюда транзакции вне блокчейна, например, в Lightning Network или в кастодиальных системах, таких как Coinbase, BitMEX или ProShares Bitcoin Strategy ETF (BITO US)? 

Также важно отметить, что уровень субсидирования (т.е. вознаграждения за добытый блок) в блокчейне будет экспоненциально снижаться, пока в конечном итоге не приблизится к нулю. Поэтому субсидирование нельзя считать долгосрочной экологической проблемой, и, как писал Сатоши: «стимулы полностью трансформируются в комиссию». Поэтому, на наш взгляд, самый эффективный способ для бирж рассматривать проблему влияния майнинга на окружающую среду — это через призму транзакционных сборов (т.е. сколько электроэнергии приходится на каждый доллар, потраченный на транзакционные сборы).

Как бы лично вы ни относились к этому подходу (даже если вы принадлежите к 3-й группе), по крайней мере, он дает надежду на положительный результат. Если мы станем больше заботиться о минимизации средней комиссии за транзакции (по любым  причинам), это может стимулировать внедрение технологий снижения веса блока, таких как пакетная обработка данных, протоколы SegWit и Lightning Network. Эти технологии не только повышают экологическую эффективность майнинга, но и потенциально делают биткоин более практичным и удобным для пользователей, и поэтому от их применения выиграют все.

Компенсация выбросов углерода биржами

Криптовалютные биржи, в том числе BitMEX и FTX, взяли на себя обязательство компенсировать выбросы углерода, связанные с энергопотреблением, затраченным майнерами на транзакции с биткоином. Первый вопрос, который при этом возникает, —  почему? Зачем компенсировать выбросы углерода, связанные с транзакциями биткоина, а не с каким-либо другим аспектом коммерческой деятельности, например, эксплуатацией веб-серверов? Скорее всего, стоимость обслуживания веб-серверо гораздо больше, чем транзакционны сборы, поэтому можно предположить, что последние наносят больший ущерб окружающей среде. Но даже если биржи хотят компенсировать негативное влияние транзакционных сборов, почему они выбирают только использование электроэнергии майнерами, а не другие аспекты майнинга, например, производство оборудования или затраты на его транспортировку?

Но, несмотря на все эти вопросы (которые заслуживают отдельного труда), биржи решили ввести эту политику, и поэтому она заслуживает нашего пристального внимания и анализа.

Влияние майнинга криптовалют на окружающую среду

На самом деле майнинг криптовалюты — довольно энергоемкое занятие. Около 70% каждого доллара, потраченного на транзакционные сборы, уходит на стимулирование использования электроэнергии. Это довольно высокий показатель по сравнению с некоторыми другими продуктами или услугами. Возможно, это отчасти и способствовало возникновению опасений по поводу воздействия биткоина на окружающую среду. Но, несмотря на высокую энергоемкость в расчете на единицу потребляемой мощности, майнинг биткоина, вероятно, является одним из самых экологичных видов деятельности в мире. Это объясняется уникальной гибкостью в отношении требований к энергии: майнеры часто выбирают возобновляемые источники энергии из-за их низкой стабильной стоимости, или же используют энергию, которая иначе тратится впустую или не используется. Сторонники биткоина часто приводят этот аргумент и, скорее всего, они правы. В расчете на единицу потребляемой энергии биткоин исключительно экологичен. 

Но каков расход электроэнергии на один доллар США? Насколько экологичен майнинг биткоина по этому критерию? Здесь ситуация  менее ясна. Скорее всего, майнинг биткоина гораздо менее вреден для окружающей среды, чем другие популярные в мире виды деятельности, благодаря высокому уровню использования возобновляемых источников энергии. Даже когда майнеры биткоина используют ископаемое топливо (из-за его низкой цены, иначе майнинг был бы экономически невыгодным), они никогда не станут катализатором новых энергетических проектов в этой сфере, что является большим плюсом с точки зрения окружающей среды. Поэтому майнинг биткоина все же следует считать довольно экологичным. Но не будем забывать, что майнеры заинтересованы в том, чтобы потреблять как можно больше энергии (т.е. использовать большие вычислительные мощности), а не использовать «зеленую» энергию как таковую.

Критики могут даже заявить, что эти две характеристики майнинга — непривязанный географически спрос и стимул использовать как можно больше энергии — нейтрализуют друг друга. При этом стимул к использованию недорогих экологичных или нерационально используемых энергетических активов сводится к нулю. Таким образом, критики могут утверждать, что из расчета на один доллар США, потраченный на электроэнергию, майнинг биткоина производит столько же углекислого газа, как и любая другая деятельность в среднем по миру. Конечно, нет особых оснований считать, что указанные выше характеристики действительно нейтрализуют друг друга, и мы не согласны с этим мнением, но для простоты мы решили рассмотреть именно этот консервативный подход. Он не идеален, но лучше ряда других методик, которые предполагали худший сценарий по каждому фактору и высокое энергопотребление без скидок на использование экологичных источников энергии. 

Расчет цены углеродного следа транзакционных сборов

Как уже говорилось выше, мы решили сосредоточиться на транзакционных сборах. Мы хотим приблизительно определить количество тонн углерода, выделяемых на каждый доллар, потраченный на сборы. Это в некоторой степени соответствует экспресс-расчетам, приведенным генеральным директором FTX Сэмом Бэнкман-Фридом (СБФ) в сообщении в Твиттере в мае 2021 года. Учитывая все факторы неопределенности, в данном случае наиболее уместной кажется упрощенная ориентировочная оценка. Также нам нужно учесть уникальные энергетические характеристики биткоина, географически нейтральный спрос на энергоносители и стимул к использованию дешевой энергии, энергии неудачных энергетических проектов или энергии из отходов. Конечно, это сложные расчеты, которые нельзя свести к одной быстрой формуле.

Поэтому мы придумали следующий (пусть и несовершенный) метод: мы сравнили среднюю стоимость электроэнергии в кВт/ч, которая затрачивается на майнинг биткоина, со среднемировой стоимостью одного кВт/ч электроэнергии. Это позволит получить приблизительную и несколько консервативную экономическую оценку экологической экономии на 1 кВт/ч, используемый для майнинга биткоина, по сравнению с 1 кВт/ч, используемым в любых других целях. 

Очевидно, что этот метод, как и почти любая другая методология, несовершенен, у него есть одно безусловное достоинство — простота. Вместо того чтобы вникать в тонкости гидроэнергетики или уловленного природного газа, можно просто использовать средние цены. Еще один плюс нашего метода в том, что он позволяет «отменить» или исключить из уравнения оценку затрат на электроэнергию, потраченную на майнинг биткоина, как мы объясним ниже. 

Например, если вы тратите $1 на оплату транзакции, а средняя стоимость электроэнергии, используемой для майнинга биткоина, составляет $0,06 за кВт/ч, то можно заключить, что этот $1 стимулировал потребление не более 1/0,06 = 16,7 кВт/ч электроэнергии. Если учесть, что среднемировая стоимость электроэнергии примерно вдвое выше, т.е. составляет $0,135 за кВт/ч, то тот факт, что майнинг биткоина обходится примерно вдвое дешевле, является положительной характеристикой, свидетельствующей о его энергоэффективности. Более низкая стоимость энергии указывает на то, что биткоин может быть более экологичным и эффективным. В других оценках, которые нам встречались, используя эту более низкую стоимость, получали более высокое потребление электроэнергии и, как следствие, приходили к заключению, что майнинг наносит окружающей среде такой же ущерб, как использование электроэнергии в среднем по миру; наша методология по крайней мере более справедлива, и мы не считаем этот показатель в двойном размере.

Поэтому мы предлагаем изменить формулу, предложенную СБФ, и вместо использования предположительных затрат на электроэнергию майнеров биткоина для оценки расходования электроэнергии использовать среднемировые затраты на электроэнергию. Конечно, чтобы быть последовательными, мы также должны исключить использование возобновляемой энергии (которая составляет ⅓ в формуле Сэма), так как это может в некоторой степени привести к двойному учету. Поэтому, используя эту новую — хотя и наверняка спорную — методологию, мы предполагаем, что на каждый $1, потраченный на транзакционные сборы, может приходиться до 1/0,135 = 7,4 кВт/ч типичного использования электроэнергии. 

В основе этой логики лежит следующая теория: если майнеры биткоина найдут более дешевую и чистую энергию, это будет только стимулировать большее потребление энергии, и наоборот, поэтому затраты на конкретно майнинг биткоина исключены из расчета, и мы используем среднемировой показатель. Мы все же считаем, что это несколько консервативная оценка, поскольку, например, биткоин может стимулировать использование такого количества чистой или в противном случае расходуемой зря энергии, что для оценки эквивалентного потребления электроэнергии можно использовать цену, превышающую среднемировую. По сути, наша методология позволяет рассчитать выбросы углерода, которые произошли бы, если бы плата за транзакции с биткоином приходилась бы на распространенные или среднестатистические методы потребления электроэнергии. В действительности же майнинг биткоина, скорее всего, более экологичен, чем среднестатистические методы использования электроэнергии (из расчета на каждый потраченный доллар), поэтому это консервативная оценка, но мы считаем, что она явно лучше некоторых других.

Получив цифру 7,4 кВт/ч, мы можем перемножить ее, чтобы определить углеродный след $1 комиссии за транзакции с биткоином.

 

Подставив цифры в формулу, мы получим, что $1 транзакционных сборов может стимулировать до 0,001 тонны выбросов углерода. 

Данные по глобальной энергетике взяты из Статистического обзора мировой энергетики BP (2020). 

Цена компенсации выбросов углерода

Итак, мы определили, сколько тонн углерода нам нужно нейтрализовать. Теперь можно рассмотреть степень «компенсации» выбросов углерода,  т.е. плату за реализацию мер, направленных на компенсацию ущерба для окружающей среды, например, посадку деревьев. Но мы должны признать, что это решение несовершенно по следующим причинам:

1. Такие схемы невозможно масштабировать для компенсации всех глобальных выбросов. Они представляют собой самый дешевый метод компенсации одной тонны углекислого газа, но компенсация всех глобальных выбросов углерода обойдется гораздо дороже. Стоимость компенсации одной тонны углекислого газа в этих схемах обычно составляет от $5 до $35. Если организация захочет компенсировать свои выбросы углекислого газа на основе среднемировой стоимости компенсации всех выбросов углерода, эта цена, скорее всего, будет как минимум на порядок выше. 
2. Для расчета компенсации углеродных выбросов часто используются сложные методики — не менее сложные, чем наши экзерсисы по оценке объема углеродных выбросов. Например, если посадить дерево, неизвестно, как долго оно будет живым. Поэтому некоторые расчеты компенсации могут быть слишком оптимистичными или иметь другие недостатки.
3. Также следует учитывать аргумент об экономическом неравенстве: компенсация позволяет состоятельным людям с чистой совестью продолжать вести образ жизни, вызывающий загрязнение окружающей среды, в то время как бедные слои населения не смогут позволить себе некоторые предметы роскоши из-за высокой компенсации выбросов. 

В дополнение к компенсации выбросов углерода, в ЕС, например, действует механизм торговли квотами на выборы углерода, в рамках которого организации могут платить за право выбросить в атмосферу одну тонну углерода. По этой схеме право на выброс одной тонны углерода сегодня стоит 56 евро, что намного выше цен по схемам компенсации выбросов.

Тем не менее, если использовать значение 0,001 тонны выбросов углерода на $1 транзакционных сборов (как мы рассчитали в разделе выше) и различную стоимость компенсации выбросов, можно оценить премию или дополнительную сумму, которую необходимо потратить на компенсацию выбросов углерода.

Стоимость компенсации одной тонны выбросов углерода	Премия по транзакционным сборам
US$5	0.5%
US$50	5.0%
US$100	10.0%

Если бы биржа захотела использовать описанную выше методику при стоимости выбросов 1 тонны углерода $50, то на каждый $1 транзакционных сборов ей пришлось бы потратить 5 центов на компенсацию затрат на углерод, то есть 5%. Это капля в море по сравнению с экономией, которую дают SegWit, пакетная обработка данных и Lightning Network.