Есть ли искупительный путь для майнеров биткоина как потребителей энергии?

В динамичной сфере цифровых валют Биткоин, благодаря своей децентрализованной и криптографической природе, не только революционизировал финансовый ландшафт, но и спровоцировал жаркие дискуссии относительно его воздействия на окружающую среду. Данное руководство призвано глубоко изучить сложную взаимосвязь между майнерами Биткоина и их растущим энергопотреблением, раскрывая многогранные последствия, которые они оказывают на глобальные энергетические системы.

Майнинг Биткоина — ключевой процесс проверки транзакций и создания новых монет, требующий использования мощных вычислительных машин для решения сложных математических задач, тем самым обеспечивая безопасность сети и поддержку блокчейна. Эта вычислительная мощь, хотя и необходима для поддержания целостности и безопасности сети Биткоина, обходится дорого — она требует прожорливого потребления электроэнергии.

Поскольку в настоящее время сеть Биткоина потребляет больше энергии, чем целые страны, роль майнеров как колоссальных потребителей энергии оказалась в центре внимания, вызвав дебаты среди экологов, политиков и участников индустрии. Последующие дискуссии охватывают широкий спектр мнений, исследуя экономические, экологические и регуляторные последствия энергозатратных операций майнинга Биткоина.

Начиная это исследование, мы разберем механизмы майнинга Биткоина, проанализируем модели его энергопотребления и поразмыслим о устойчивости майнинга Биткоина в контексте глобальной экономии энергии и экологической ответственности.

Что такое Биткоин и его майнинг?

Биткоин работает полностью на сети блокчейн — децентрализованном реестре, который тщательно фиксирует транзакции в огромной сети компьютеров. Каждый блок, содержащий пачку транзакций, добавляется к блокчейну только после тщательной проверки и валидации майнерами. После добавления блока в блокчейн изменение содержащихся в нем транзакций становится невозможной задачей, что обеспечивает неизменяемость записанных данных.

Криптовалюты, такие как Биткоин, используют технологию распределенного реестра — отличительную черту блокчейна, которая гарантирует неизменность записей и тем самым повышает прозрачность транзакций. Блокчейн Биткоина использует продвинутый криптографический алгоритм SHA-256, который преобразует данные в уникальную строку символов, обеспечивая безопасность и целостность информации в сети.

Майнинг Биткоина — это сложный вычислительный процесс, включающий проверку транзакций в сети Биткоина и выполняемый лицами, известными как майнеры. Аналогично добыче конечных природных ресурсов, существует ограниченный лимит в 21 миллион Биткоинов, которые можно добыть, для чего требуются инвестиции в электроэнергию для решения сложных криптографически закодированных хеш-задач и проверки блоков транзакций. 

Майнеры соревнуются, чтобы первыми решить эти задачи, и победитель получает право обновить реестр транзакций в блокчейне Биткоина и заработать новые отчеканенные Биткоины в качестве вознаграждения. Вычислительная мощность определяет количество попыток, которые может сделать майнер, влияя на его шансы на успешный майнинг. Основные цели майнинга Биткоина включают введение новых монет в обращение, проверку транзакций, предотвращение подделки и двойного расходования, а также поддержание децентрализованного реестра транзакций.

Почему майнинг криптовалюты потребляет энергию?

Значительное энергопотребление майнинга криптовалют — это компромисс, обеспечивающий безопасность и децентрализацию блокчейн-сетей. Тем не менее, благодаря внедрению возобновляемых источников энергии и эффективных алгоритмов майнинга, достигаются успехи в повышении энергоэффективности и устойчивости этого процесса.

Майнинг криптовалют энергозатратен из-за необходимости для компьютеров выполнять сложные математические вычисления для проверки транзакций и добавления новых блоков в блокчейн. Эта вычислительная нагрузка, исходящая преимущественно от процессоров (CPU) и видеокарт (GPU), а также систем охлаждения для управления теплом от майнинг-ферм, приводит к высокому потреблению энергии.

Начальный этап майнинга криптовалют включает проверку транзакций в сети блокчейна с помощью алгоритма консенсуса, такого как доказательство выполнения работы (proof-of-work). Это требует от майнеров расшифровки сложных математических головоломок с использованием специализированного программного обеспечения и оборудования, такого как ASIC, для проведения вычислений на высоких скоростях. Майнер, первым решивший головоломку, добавляет следующий блок в блокчейн, получая в качестве вознаграждения определенное количество Биткоинов (BTC).

Стремясь повысить свои шансы стать первым решателем головоломки, майнеры мотивированы использовать максимальную вычислительную мощность. С притоком новых майнеров и усилением конкуренции спрос на энергию растет, что приводит к скачку потребления электроэнергии. Некоторые анализы предполагают, что общее энергопотребление сети Биткоина может сравниться с потреблением небольшой страны.

Экологическое воздействие майнинга криптовалют, который в основном питается от ископаемого топлива, выделяющего парниковые газы, такие как углекислый газ, является серьезной проблемой. Кроме того, в некоторых регионах стоимость электроэнергии для майнинга может быть чрезмерно высокой, что снижает его экономическую целесообразность для майнеров.

Почему Биткоин потребляет так много энергии?

На первый взгляд, Биткоин не кажется требующим огромного потребления электроэнергии. Простое нажатие кнопки или касание смартфона позволяет покупать и продавать криптовалюту — метод цифровой транзакции, который мы используем уже десятилетия. Однако децентрализованная архитектура Биткоина значительно увеличивает его углеродный след.

Биткоин требует от компьютеров расшифровки все более сложных математических задач для аутентификации транзакций. Этот механизм консенсуса proof-of-work потребляет значительно больше энергии, чем обычно предполагается.

Пол Броди, глобальный лидер по блокчейну в EY, объясняет: «В контексте Биткоина множество конкурентов участвуют в гонке, чтобы быстро упаковать транзакции и решить небольшую математическую задачу». Майнер, быстро решающий уравнение, не только проверяет транзакцию, но и получает платеж в Биткоинах в качестве небольшого вознаграждения.

На ранних этапах существования Биткоина процесс не поглощал электричество, эквивалентное потреблению целой страны. Однако технология криптовалюты изначально увеличивает сложность математических головоломок по мере того, как больше людей соревнуются за их решение — динамика, которая будет усиливаться по мере роста популярности Биткоина.

Множество майнеров используют электроэнергию, соревнуясь за вознаграждения. Несмотря на то, что сотни тысяч компьютеров могут пытаться решить одну и ту же задачу, только один в итоге сможет получить вознаграждение в Биткоинах.

Броди отмечает: «Это расточительно, поскольку 99,99% всех машин, которые работали, выбрасывают свои результаты, потому что не выиграли гонку». Хотя этот метод дает справедливый и безопасный результат, он также генерирует значительные выбросы углерода. Броди сомневается, что основатель Биткоина предвидел его колоссальный успех и, как следствие, огромное потребление энергии, которое он влечет за собой.

Более того, этот процесс занимает много времени: на одну транзакцию Биткоина требуется более 10 минут, что равно времени, необходимому для майнинга нового блока.

Напротив, другие цифровые транзакции, такие как те, которые обрабатывает Visa, быстрее и энергоэффективнее. Например, Visa может обрабатывать около 1700 транзакций в секунду (TPS), тогда как Биткоин справляется с 4 TPS.

Что касается майнинга криптовалют, США доминируют на глобальном рынке майнинга Биткоина, занимая почти 38% мировой хеш-мощности, что включает множество вычислений блокчейна, согласно отчету Cambridge Digital Assets Program (CDAP) от мая 2022 года.

Несмотря на усилия Пекина по искоренению майнинга Биткоина на своей территории, CDAP также обнаружил, что Китай является вторым по величине центром майнинга Биткоина, занимая более 20% мирового рынка.

Другими заметными центрами майнинга Биткоина являются Казахстан с долей 13% в мировом масштабе, Канада с долей более 6% и Россия с долей почти 5%, при этом остальная часть распределена по всему миру.

Используют ли майнеры Биткоина возобновляемые источники энергии?

Хотя значительная часть майнинга Биткоина в настоящее время полагается на невозобновляемые источники энергии, среди майнеров наблюдается растущий тренд на использование возобновляемой энергии для своих операций. Вероятность того, что майнеры перейдут на возобновляемую энергию, ожидается увеличением, поскольку она становится более рентабельным вариантом для питания их деятельности.

Как уже отмечалось ранее, майнинг Биткоина — это энергозатратный процесс, в ходе которого майнеры проверяют транзакции и добавляют их в блокчейн, используя мощные компьютеры для решения сложных математических головоломок. Изначально большая доля майнинга Биткоина была сосредоточена в Китае, крупнейшем в мире производителе электроэнергии на основе угля, что привело к значительному использованию невозобновляемой энергии для майнинга BTC.

При сравнении майнинга Биткоина по странам, США занимают лидирующие позиции, особенно после запрета майнинга Биткоина в Китае. Однако наблюдается заметный сдвиг в сторону использования возобновляемых источников энергии, таких как гидроэнергетика, среди майнеров, особенно в регионах, богатых возобновляемыми ресурсами, таких как Квебек и Исландия.

Кроме того, с снижением стоимости возобновляемых источников энергии майнинговые компании все чаще используют их для питания своих операций. Многие компании также инвестируют в собственные проекты по производству возобновляемой энергии, такие как солнечные и ветряные электростанции, чтобы устойчиво обеспечивать свою майнинговую деятельность.

Преимущества для сельских районов 

Возобновляемые источники энергии обеспечивают более стабильное электроснабжение для операций майнинга Биткоина из-за их меньшей подверженности перебоям в подаче электроэнергии. Кроме того, использование устойчивой энергии для майнинга Биткоина может способствовать созданию рабочих мест и экономическому развитию в сельских регионах.

В контексте Биткоина вычисления вне сети (gridless computing), предполагающие использование альтернативных вычислительных ресурсов, таких как периферийные устройства, могут способствовать использованию возобновляемых источников энергии для майнинга BTC в Африке. Вычисления вне сети представляют собой альтернативу часто ненадежной или отсутствующей централизованной электросети во многих частях континента. Это позволяет майнерам проводить операции в изолированных или автономных местах, используя локально производимые возобновляемые источники энергии, такие как солнечная или ветровая энергия.

Отсутствие электросети во многих сельских районах Африки создает проблему для начала и поддержания традиционных операций майнинга. Напротив, вычисления вне сети позволяют майнерам питать свое оборудование возобновляемыми источниками энергии портативного и децентрализованного типа, такими как солнечные панели или ветряные турбины, что позволяет им настраивать операции в удаленных местах и использовать обильные возобновляемые ресурсы этого региона.

Кроме того, вычисления вне сети могут способствовать появлению майнинговых операций на уровне сообществ, которые могут приносить экономическую пользу соседним районам за счет создания рабочих мест и источников дохода. Предоставляя образование и обучение по вопросам устойчивой энергетики, эти майнинговые предприятия, ориентированные на сообщества, могут также стимулировать внедрение возобновляемых источников энергии.

Роль майнеров как покупателей энергии 

Чтобы питать свои операции, майнеры Биткоина либо закупают электроэнергию из смеси традиционных и возобновляемых источников, либо создают и управляют собственными установками возобновляемой энергии, позиционируя себя как заметных потребителей энергии.

Майнеры обычно приобретают электроэнергию у поставщиков энергии, которые могут включать коммунальные предприятия или независимых производителей энергии, для обеспечения майнинга BTC. Эта электроэнергия, используемая для питания майнингового оборудования, может происходить как из традиционных источников, таких как уголь или природный газ, так и из возобновляемых, таких как солнечная или ветровая энергия.

Конкретным примером майнеров Биткоина как покупателей энергии является Hydro-Quebec, канадская коммунальная компания, которая поставляет электроэнергию майнерам Биткоина. Компания активно привлекает майнеров Биткоина к созданию операций в провинции, чтобы воспользоваться низкими тарифами на электроэнергию и использовать избыточную гидроэнергию для майнинга BTC.

В некоторых случаях майнеры также могут заключать долгосрочные контракты с поставщиками энергии, предлагая им стабильный и надежный источник электроэнергии. Это особенно выгодно для майнеров крупного масштаба, так как позволяет им стратегически планировать и распределять бюджеты на свои энергетические потребности.

Майнеры Биткоина также могут стать потребителями энергии, создавая и управляя собственными объектами возобновляемой энергии, такими как солнечные или ветряные электростанции, тем самым не только обеспечивая поставку энергии для своей майнинговой деятельности, но и поддерживая переход к устойчивым источникам энергии.

Например, Genesis Mining, майнер Биткоина, создал операции в Исландии, используя геотермальную и гидроэнергию, тем самым используя обильные возобновляемые ресурсы Исландии и смягчая свое воздействие на окружающую среду. Кроме того, KnCMiner, одна из крупнейших в мире майнинговых площадок Биткоина, питается от ветряной электростанции, разработанной на собственной земле компании в Швеции.

Майнеры также могут стратегически размещать свои операции рядом с существующими объектами возобновляемой энергии, такими как гидроэлектростанции или геотермальные заводы, чтобы использовать избыточную энергию, которая в противном случае могла бы быть потрачена впустую. Примером является Greenidge Generation в северной части штата Нью-Йорк, США, которая генерирует электроэнергию для своих майнинговых операций с использованием избыточного природного газа от местной электростанции, а также построила солнечную ферму мощностью 7 мегаватт для удовлетворения своих энергетических потребностей.

Что можно сделать с проблемой энергопотребления Биткоина?

Решение проблемы значительного энергопотребления Биткоина не требует возврата к централизованным системам, таким как сеть Visa. В конце концов, основная обещание Биткоина заключается в устранении посредников, таких как платежные сети, и их доминирующего контроля над финансами. Вместо этого сторонники Биткоина имеют несколько альтернатив.

• Переход на возобновляемые источники энергии: Использование возобновляемой энергии для майнинга биткоина снизилось, когда Китай внедрил меры по искоренению майнинга биткоина, вытеснив деятельность в подполье. С почти 42% в 2020 году доля возобновляемой энергии в крипто-майнинге упала до 25% в августе 2021 года после crackdown в Китае. Множество стартапов исследуют способы снижения углеродного следа биткоина, внедряя более экологичную энергию. Например, LiquidStack стремится более эффективно охлаждать майнинговые фермы, а Genesis Mining использует исключительно чистые источники энергии. Однако, несмотря на эти усилия по снижению выбросов углерода, эксперты указывают, что выбросы углерода биткоина взлетели, теперь сопоставимы с выбросами Греции.
• Переход на системы Proof-of-Stake: В отличие от proof-of-work, proof-of-stake не требует безумной гонки за решение сложных головоломок и потребляет меньше ресурсов. Проще говоря, proof of stake требует, чтобы участники сети заложили небольшую сумму криптовалюты для возможности проверки транзакций. Ethereum, вторая по капитализации криптовалюта, переходит от proof of work к proof of stake в Ethereum 2.0, что, как ожидается, снизит энергопотребление токенов и блокчейнов на базе Ethereum примерно на 99,95%.
• Внедрение пре-майнинга: Некоторые криптовалюты внедрили пре-майнинг, чтобы избежать расточительных вычислений. Пре-майнинг, подобно фиатным деньгам или акциям, предполагает, что центральный орган создает определенное количество единиц и стратегически выпускает их в экономику. В этих системах транзакции все еще проверяются децентрализованной сетью валидаторов, но участникам, возможно, придется платить небольшую комиссию за транзакцию в качестве компенсации валидаторам, поскольку сама валютная система не всегда вознаграждает их.
• Включение углеродных кредитов или сборов: Углеродные кредиты, представляющие собой разрешенное правительством количество выбросов углерода для компании, могут торговаться между компаниями, стимулируя снижение выбросов и наказывая за превышение. Для крипто-майнинговых компаний это может означать покупку углеродных кредитов у другой компании для компенсации своих выбросов или переход на более экологичную энергию для получения прибыли от продажи своих кредитов.
• Экологическое будущее блокчейна: Несмотря на воздействие на окружающую среду, стоимость электроэнергии также влияет на рентабельность майнинга биткоина. Генерируя цифровые монеты более эффективно, майнеры не только повышают свою рентабельность, но и увеличивают вероятность того, что блокчейны станут мейнстримом. Интеграция технологии блокчейн в различные экономические аспекты может снизить углеродный след многих предприятий. Например, смарт-контракты могут позволить компаниям автоматизировать сложные системы платежей и бизнес-процессов, потенциально сокращая количество сотрудников, совершающих поездки на работу, и связанные с этим транспортные выбросы углерода.

Хотя полный потенциал зеленого применения технологии блокчейн может оставаться неизвестным в течение многих лет, уже ведутся дискуссии о его использовании для решения серьезных проблем, таких как помощь компаниям в учете выбросов углерода или даже использование углеродных кредитов на базе блокчейна для перехода к углеродно-нейтральному будущему.

Заключение

Майнинг Биткоина, являющийся неотъемлемой частью децентрализованной структуры криптовалюты, развернул сложную мозаику последствий для глобального энергопотребления и экологической устойчивости. С одной стороны, спрос на электроэнергию, стимулируемый майнингом Биткоина, представляет собой уникальную возможность ускорить разработку и внедрение возобновляемых источников энергии. Майнеры, постоянно стремящиеся к недорогой электроэнергии, часто отдают предпочтение возобновляемым источникам, таким как солнечная и ветровая энергия, которые можно использовать по конкурентоспособным ставкам. Следовательно, майнинг Биткоина потенциально может действовать как катализатор, подталкивающий к созданию большего количества электростанций на возобновляемой энергии.

Более того, майнинг Биткоина может повысить эффективность энергетической системы за счет использования избыточной энергии, которая в противном случае могла бы быть потрачена впустую. Например, создавая майнинговые операции рядом с гидроэлектростанциями, которые иногда генерируют избыточную энергию, майнеры могут обеспечить эффективное использование этой дополнительной энергии, тем самым оптимизируя использование существующих энергетических ресурсов.

Напротив, темная сторона потенциально негативного влияния майнинга биткоинов на энергетическую инфраструктуру и окружающую среду нависает над этим процессом. Значительное потребление энергии, необходимое для майнинга из-за высоких требований к вычислительной мощности, может привести к росту спроса на электроэнергию и, как следствие, к увеличению ее стоимости. Если майнеры в основном полагаются на ископаемое топливо для генерации электроэнергии, возникающий в результате скачок выбросов углерода может значительно усугубить изменение климата. Известная энергоемкость криптовалют, особенно биткоина, может замедлить прогресс в борьбе с изменением климата, особенно учитывая его волатильность и связанные с этим препятствия для климатических действий в секторе.

В условиях неизбежного регуляторного контроля инициативы, такие как Crypto Climate Accord (CCA), демонстрируют стремление сообщества решить эти экологические проблемы. Однако для участвующих организаций важно, чтобы эти обязательства выходили за рамки риторики и воплощались в конкретные действия. Внедрение руководящих принципов для измерения выбросов, таких как CCA Accounting Guidance и Crypto Climate Impact Accounting Framework, представляет собой важный первый шаг к тому, чтобы участники отрасли могли понять и впоследствии смягчить свое воздействие на климат. Пословица верна: эффективное управление основано на точном измерении.

В промежуточный период, до разработки и внедрения менее энергоемкого механизма консенсуса для биткоина, крайне важно, чтобы существующие операции по майнингу питались от дополнительных возобновляемых источников энергии. Такие инструменты, как RE Emissions Score, дают майнерам возможность убедиться, что их контрактная электроэнергия является возобновляемой и дополнительной, что необходимо для декарбонизации электрических сетей США к 2035 году.

По мере завершения нашего прямого взаимодействия с криптовалютами, Институт Скалистых гор (RMI) продолжит свои усилия по декарбонизации энергосетей и трансформации глобальной энергетической системы. Путь к примирению майнинга биткоинов с экологической устойчивостью, несомненно, будет сложным, требуя тонкого баланса между использованием возможностей для развития возобновляемой энергетики и смягчением потенциальных негативных последствий для энергетической инфраструктуры и окружающей среды.