Auteurs: Margot Paez, Troy Cross| RFI Response: Climate Implications of Digital Assets
Le Bitcoin Policy Institute est un centre de recherche non partisan et à but non lucratif qui travaille à l'étude des implications politiques et sociétales du bitcoin. Nous avons le plaisir de soumettre le document suivant en réponse à la demande d'information sur les implications énergétiques et climatiques des actifs numériques publiée par l'Office of Science and Technology Policy. (Numéro de document : 2022-06284.) La RFI exprime des inquiétudes quant à la croissance explosive des actifs numériques et à la consommation d'énergie et aux émissions qui y sont associées, étant donné l'engagement du président Biden de réduire la pollution par les gaz à effet de serre de 50 à 52 % d'ici 2030 et d'atteindre des émissions nettes nulles d'ici 2050. La RFI "cherche à obtenir la contribution du public pour mieux comprendre les impacts climatiques des actifs numériques" et énumère un certain nombre de sujets à aborder par les commentateurs.
Nous sommes heureux d'avoir l'occasion de partager nos recherches et notre point de vue. Nos commentaires portent sur les sujets suivants, et uniquement en ce qui concerne le bitcoin : protocoles, matériel, ressources, économie, tentatives d'atténuation passées ou en cours, et avantages énergétiques ou climatiques potentiels. Nous pensons que le bitcoin, notamment sur les questions d'énergie et d'environnement, est mal compris. Loin d'être un obstacle à la décarbonisation, le bitcoin pourrait contribuer à accélérer la production d'énergie renouvelable et à stabiliser notre nouveau réseau plus écologique.
En particulier, nous soutenons ce qui suit :
La valeur de Bitcoin - sa valeur économique et sa promotion des valeurs américaines et des intérêts nationaux américains - doit encadrer toute discussion sur son impact environnemental.
La valeur du bitcoin est intrinsèquement liée à son mécanisme de consensus : la preuve de travail.
Bien que le minage des bitcoins soit gourmand en énergie, sa consommation d'énergie est souvent surestimée et incorrectement caractérisée comme une fonction du volume des transactions.
En raison de la décroissance exponentielle du calendrier d'émission des bitcoins, les émissions réelles de l'extraction minière devraient plafonner à moins de 1 % des émissions mondiales, même si les prix sont multipliés par plus de dix au cours de la décennie.
Le profil de l'exploitation minière en tant que consommateur d'énergie est unique : extrêmement sensible aux coûts et invariable dans le temps et l'espace.
L'exploitation minière du bitcoin, en tant qu'acheteur de premier et de dernier recours, encourage le développement de la production d'énergie renouvelable. En tant que ressource de charge contrôlable (CLR), le minage de bitcoins renforce également le réseau, lui permettant de fonctionner de manière fiable à un niveau élevé de pénétration des énergies renouvelables.
L'utilisation de l'énergie par l'exploitation minière est de plus en plus non rivale, et tend vers un régime d'énergies renouvelables et de ressources énergétiques perdues, telles que le méthane brûlé.
Bitcoin et la Transition Énergétique
Auteurs
Margot Paez, candidate au doctorat en CEE, Georgia Institute of Technology
Troy Cross, professeur de philosophie et de sciences humaines, Reed College
Introduction
Une technologie complexe comme le bitcoin soulève une série de questions pour les décideurs politiques, qui doivent toutes être prises en compte avant de parvenir à un jugement global, et certainement avant de prendre des mesures. Dans ce rapport, nous nous concentrons sur un sous-ensemble de ces questions : la nature et l'importance de la valeur du bitcoin, le rôle de la preuve de travail dans la création de cette valeur, et sur le profil unique du bitcoin en tant que consommateur d'énergie, qui dicte sa trajectoire future probable. Notre conclusion est d'un optimisme prudent : le bitcoin pourrait contribuer à accélérer la production d'énergie renouvelable, à stabiliser notre nouveau réseau plus écologique et à réduire les émissions de méthane.
Quelle est la valeur du bitcoin ?
Le prix sur le marché libre constitue la mesure la plus directe de la valeur du bitcoin. La capitalisation boursière du bitcoin - prix multiplié par l'offre totale - dépasse actuellement 600 milliards de dollars, ce qui se situe entre celle de Berkshire Hathaway et de Facebook (Meta). La valeur du marché ne peut être ignorée lors de l'évaluation des impacts environnementaux, d'une part parce que toute activité industrielle entraîne des coûts environnementaux, et d'autre part parce que ce même capital se retrouverait dans d'autres secteurs de l'économie, avec leurs propres impacts. La question pertinente n'est pas de savoir si le bitcoin a un impact négatif sur l'environnement, mais plutôt de savoir comment le profil environnemental du bitcoin se positionne par rapport à sa valeur et comment il se compare à d'autres investissements.
En fait, les chercheurs ont constaté que "les émissions de carbone du bitcoin sont faibles par rapport à sa valeur marchande, ce qui implique que le bitcoin se caractérise par une intensité de carbone inférieure à celle de l'actif moyen d'un portefeuille [d'actions typique]." Le bitcoin stocke principalement de la valeur, avec un budget sécurité relativement faible, mais gourmand en énergie. En revanche, les compagnies aériennes, les entreprises du secteur de l'énergie, les entreprises de mode rapide et les producteurs de ciment investissent une grande partie de leur valeur dans des activités productrices de carbone.
Mais il existe d'autres façons de concevoir la valeur que le point de rencontre entre l'offre et la demande. En tant que société, nous défendons l'inclusion, l'égalité, la transparence, les droits de propriété et la liberté. Le bitcoin, à sa manière, incarne et étend chacun de ces principes :
- Le protocole bitcoin est un logiciel libre et open-source. Chaque ligne peut être inspectée par n'importe qui.
- Le grand livre de comptes du bitcoin est public et entièrement vérifié par des dizaines de milliers de nœuds dans le monde.
- Le réseau bitcoin est sans permission et résistant à la censure : il ne refuse personne et oblige toutes les parties à effectuer des transactions.
- L'actif bitcoin n'est pas délivré aux initiés, mais par le biais de concours mathématiques réguliers ouverts à tous.
- Les règles du réseau bitcoin sont prévisibles et non discrétionnaires.
- L'infrastructure à clé publique du bitcoin fournit des droits de propriété numérique par le biais de la capacité d'autoconservation et de transfert de valeur.
Dans la pratique, le bitcoin permet à toute personne dans le monde disposant d'un téléphone portable et d'une connexion Internet - y compris les quelque 1,7 milliard de personnes non bancarisées - d'épargner facilement dans un actif numérique dont l'offre est fixe et d'échanger de la valeur sans contrepartie ou censure centralisée. Le bitcoin est actuellement détenu par plus de 100 millions d'utilisateurs, qui résident de manière disproportionnée dans des pays où l'inflation est élevée, où le respect des droits de propriété est faible et où la gouvernance est médiocre par habitant.
Sur le plan national, le bitcoin et les crypto-monnaies sont plus répandus parmi les communautés qui ont été historiquement marginalisées par le système financier existant : environ 23 % des Noirs américains et 16 % des Hispaniques américains possèdent des crypto-monnaies, contre seulement 11 % des Blancs américains. L'inclusivité inhérente au bitcoin, les droits de propriété solides et la liberté de transaction se reflètent dans son modèle d'adoption.
Au-delà de ces idéaux sociétaux, le bitcoin est également dans l'intérêt national. La sécurité nationale des États-Unis repose en partie sur l'innovation technologique nationale et l'appréciation de nos marchés boursiers, où le bitcoin nous donne un net avantage. L'interdiction par la Chine, en juin 2021, de l'extraction de bitcoins a modifié la distribution mondiale du "hashrate", une mesure de l'effort de calcul consacré à la collecte et à la sécurisation des transactions. Bien que les estimations spécifiques soient délicates, les États-Unis disposent désormais d'une pluralité de hashrate mondial. La Chine considère le bitcoin comme une menace pour son système autoritaire et ses contrôles stricts des capitaux, et accélère plutôt le déploiement de son système de paiement électronique par monnaie numérique (DCEP). Dans le même temps, la Chine a ralenti ses achats de titres du Trésor américain, redéployant ses réserves en dollars sur les marchés occidentaux de l'immobilier et des actions, ce qui lui donne le pouvoir financier d'exercer une influence politique sur les sociétés américaines.
Le bitcoin complique sérieusement les ambitions de la Chine en matière de CBDC, car il constitue une réserve de richesse attrayante et un système de paiement transfrontalier efficace pour les nations de la BRI que la Chine cherche à associer à l'e-RMB. Entre-temps, la demande mondiale de bitcoins et de monnaies stables libellées en dollars a explosé, notamment de la part des citoyens des marchés émergents confrontés à la crise monétaire. À mesure que le secteur devient de plus en plus réglementé et transparent, la combinaison du bitcoin et des monnaies stables peut servir d'outil efficace pour soutenir la domination du dollar sur la ligne de front numérique en concurrence avec l'eRMB de la Chine. La croissance de ces monnaies stables promet de soutenir la demande de bons du Trésor américain, aidant ainsi la Réserve fédérale à maintenir des taux d'intérêt bas face à l'inflation. De cette façon, le bitcoin peut servir d'actif de réserve neutre qui contribue à renforcer, et non à saper, le système du dollar.
Pourquoi la Proof-of-Work (Preuve de Travail)?
Nous avons fait valoir que tout examen de l'impact environnemental du bitcoin doit commencer par une compréhension de sa valeur. Mais ses détracteurs affirment qu'il conserverait la même valeur même s'il abandonnait d'une manière ou d'une autre son mécanisme de consensus énergivore connu sous le nom de "proof of work"(preuve de travail). Nous ne sommes pas d'accord. La valeur du bitcoin est inextricablement liée à la preuve de travail. Bien que certains mécanismes de consensus pour les grands livres distribués soient moins gourmands en énergie, ils s'accompagnent de compromis critiques en matière d'équité et de sécurité.
Dans le système Proof of Work, le droit de publier un nouveau bloc est attribué par tirage au sort et vous pouvez augmenter vos chances d'avoir un "ticket" gagnant en utilisant plus d'énergie pour en trouver un. Les systèmes de preuve d'investissement accordent ce droit aux individus en fonction de la quantité d'actifs natifs qu'ils ont déjà "mis en jeu". Plus vous mettez de l'argent, plus vous gagnez de l'actif naturel. La richesse augmente, tout comme le pouvoir de contrôler les transactions qui apparaissent dans le registre. Ainsi, alors que le nombre de bitcoins qu'une personne possède n'a aucune influence directe sur le réseau, les systèmes de preuve d'enjeu permettent aux détenteurs les plus riches d'exercer un plus grand contrôle. Cela compromet les valeurs d'égalité et d'inclusion du bitcoin.
La preuve de travail est aussi, sans doute, plus sûre. Pour perturber le bitcoin, un acteur malveillant devrait contrôler une proportion substantielle de la puissance de calcul totale du réseau. Et même si la plupart des mineurs se déconnectaient, le réseau continuerait à fonctionner. En comparaison, un réseau de preuve d'enjeu typique s'arrête si plus de 33 % des validateurs sont hors ligne. Les systèmes PoS sont donc plus vulnérables aux attaques et aux perturbations de l'Internet. Par exemple, lorsque la Chine a interdit l'extraction de bitcoins, le réseau a continué à fonctionner malgré la perte de plus de la moitié de sa puissance de calcul. Mais certains des plus grands réseaux Proof of Stake ont déjà subi des pannes prolongées, comme Polygon (mars 2022) et Solana (six pannes pour le seul mois de janvier 2022).
Quels sont les effets négatifs de l'extraction de bitcoins sur l'environnement ?
L'extraction de bitcoins utilise de l'énergie, dont une partie provient de centrales électriques alimentées par des combustibles fossiles. Les émissions de ces centrales, y compris les gaz à effet de serre et autres polluants atmosphériques, sont une externalité négative associée au bitcoin, tout comme elles le sont pour chaque utilisateur d'électricité. En outre, les machines spécialisées utilisées pour l'extraction minière ont leur propre impact environnemental en tant que déchets électroniques si elles ne sont pas correctement recyclées.
Certains de ces effets environnementaux dus à l'extraction de bitcoins sont indéniables. À la suite de l'interdiction de l'extraction de bitcoins par la Chine, de nombreux mineurs se sont installés au Kazakhstan où ils utilisent de l'électricité bon marché produite par la combustion du charbon. (Le Kazakhstan est depuis intervenu pour empêcher la perturbation de ses marchés de l'électricité). Une usine de charbon presque fermée à Hardin, dans le Montana, a augmenté sa production pour répondre à la demande d'un mineur de bitcoins. (Récemment, ce mineur a annoncé qu'il quitterait l'usine d'ici la fin de l'année). On trouve des histoires similaires dans le Kentucky, où des usines de charbon subventionnées par l'État extraient désormais des bitcoins.
De telles anecdotes s'associent à des histoires diffusées par les médias pour créer des images vivantes de destruction du monde. L'une de ces histoires prétend que le bitcoin utilise l'équivalent de deux mois d'électricité domestique par transaction. Une autre affirme qu'une seule transaction en bitcoin crée des déchets électroniques d'une valeur de deux iPhones. Une étude de 2018 souvent citée suggère que le bitcoin seul, en dehors de toutes les autres activités humaines, menace d'augmenter les températures mondiales de plus de deux degrés en trois décennies. Bien qu'elle ait été complètement démentie au sein de la communauté universitaire, l'étude continue de faire le tour des campagnes activistes anti-bitcoin. On ne vante plus, mais on ne corrige ni ne clarifie jamais, une prédiction tristement célèbre du Forum économique mondial et de Newsweek en décembre 2017 selon laquelle, d'ici 2020, le bitcoin consommerait toute l'énergie du monde.
Selon nous, les visions terrifiantes que suscitent ces histoires ne ressemblent en rien à la réalité. Les déchets électroniques dus à l'extraction de bitcoins, même selon l'estimation la plus pessimiste (30,7 kilotonnes métriques), ne représentent que 0,07 % de l'ensemble des déchets électroniques (41,8 millions de tonnes métriques), mais en réalité, ils sont bien moins importants (voir point 7). Bien que les intervalles de confiance soient larges et que les sources ne concordent pas de manière significative, la consommation énergétique actuelle du bitcoin est estimée à 0,23 % de l'énergie mondiale, selon le Cambridge Centre for Alternative Finance. L'extraction du bitcoin est de plus en plus renouvelable. Le Bitcoin Mining Council recueille des données directes auprès des mineurs responsables de plus de 50 % de l'ensemble du hashrate, et fait état d'un mix énergétique durable de 64,6 %, estimant à 58,4 % le mix énergétique durable de l'ensemble du secteur. Grâce à ce mélange d'énergie plus écologique, selon un rapport récent, l'extraction de bitcoins n'est responsable que de 0,08 % des émissions mondiales de carbone. Et selon une autre projection récente, les émissions mondiales de bitcoin devraient atteindre un pic de moins de 1 % d'ici la fin de la décennie, avant de décliner par la suite, même si la capitalisation du marché du bitcoin parvient à être multipliée par plus de dix au cours de cette période.
En outre, les tentatives de caractériser la consommation d'énergie, les émissions ou les déchets électroniques "par transaction" trahissent une incompréhension fondamentale du fonctionnement du minage (voir 5). La couche de base du bitcoin traite très peu de transactions, mais chacune de ces transactions peut régler des milliers de paiements groupés effectués sur des réseaux de paiement de deuxième couche très efficaces comme le Lightning Network. De cette manière, le bitcoin peut augmenter son volume de transactions sans qu'il y ait de différence significative dans la consommation d'énergie, les émissions ou les déchets électroniques.
Toutes les projections de la consommation d'énergie et des émissions futures du bitcoin doivent bien sûr être nuancées. En raison de la baisse constante du calendrier d'émission du bitcoin, le taux d'appréciation du prix du bitcoin est important. Si le bitcoin atteignait 490 000 dollars non pas en 2030, mais en 2022, les mineurs se retrouveraient assis sur une subvention de bloc beaucoup plus précieuse à l'heure actuelle. En 2030, étant donné que l'émission aura été divisée par deux, cette subvention de bloc ne représenterait pas une augmentation aussi importante en termes de dollars, et c'est ce dernier scénario envisagé par le modèle sur lequel l'exploitation minière réalise moins de 1 % des émissions mondiales de carbone. L'impact de ces pics de prix improbables à court terme serait atténué par la disponibilité des ASIC et des infrastructures électriques, mais ces effets doivent tout de même être modélisés et étudiés.
Plutôt que de passer en revue cette littérature de manière plus détaillée, nous aimerions aborder certaines caractéristiques fondamentales du protocole et la dynamique du marché de l'énergie qui nous rendent prudemment optimistes quant au rôle du bitcoin dans l'incitation à la transition vers une énergie durable.
Avantages environnementaux de l'extraction de bitcoins
Le bitcoin présente un profil de demande énergétique unique. Ses mineurs sont :
- Portables et peuvent fonctionner dans un large éventail de zones géographiques et de climats, même sans connexion au réseau (ce qui permet d'amorcer les énergies renouvelables et de soutenir la construction d'infrastructures),
- Exceptionnellement sensibles aux prix dans le cadre d'un marché mondial à somme nulle (tous les mineurs sont en concurrence directe les uns avec les autres pour l'émission de blocs fixes) ;
- Déployable à grande échelle (de l'exploitation minière individuelle à domicile aux opérations industrielles de plusieurs gigawatts) ;
- Interruptible et flexible, capable d'atténuer la demande d'électricité avec une réactivité inférieure à la seconde (ce qui contribue à la stabilité des réseaux).
Les machines plus anciennes et plus récentes ayant des profils de rentabilité différents, l'extraction de bitcoins est particulièrement bien adaptée pour occuper des niches clés dans le système énergétique et se développer en symbiose avec les producteurs d'énergies renouvelables. L'exploitation minière, de manière très peu évidente, peut s'avérer être un outil puissant pour faciliter le passage à un système énergétique basé sur des sources renouvelables. En outre, elle fournit un mécanisme rentable de récupération du méthane résiduel et, lorsque les prix se stabilisent, une partie au moins des mineurs de bitcoins peuvent remplacer les gros éléments chauffants, augmentant ainsi le débit de hachage avec peu ou pas d'effet sur les émissions ou la consommation d'électricité.
Les énergies renouvelables et le réseau électrique
Nous identifions trois problèmes majeurs dans la transition d'un réseau électrique basé sur le carbone à un réseau électrique basé sur les énergies renouvelables : le risque d'investissement pour les producteurs d'énergie renouvelable ; les défis uniques d'un réseau basé sur les onduleurs ; et la réduction et la tarification négative, qui se subdivise en problèmes de contraintes de transmission et de réduction de l'offre excédentaire sur le réseau.
Risque d'investissement
L'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) indique que le financement privé devrait fournir une grande partie des investissements nécessaires à la réussite de la transition vers les énergies renouvelables. Cependant, elle identifie un certain nombre de risques qui empêchent les investissements à grande échelle. Ils notent que "[c]es risques comprennent les risques politiques, réglementaires, de contrepartie, de change et de liquidité, ainsi que les risques d'interconnexion des réseaux et de retard des lignes de transmission". Si l'extraction de bitcoins ne résout pas tous ces problèmes, nous pensons qu'elle peut en résoudre certains.
Le rapport du Berkeley Lab sur les files d'attente pour l'interconnexion a montré que les délais d'attente pour être connecté au réseau s'allongent et que le pourcentage de projets proposés qui se convertissent en connexion au réseau est également en baisse. Un risque supplémentaire est mis en évidence par Bastian-Pinto et al. (2020), qui ont examiné les développements de l'énergie éolienne au Brésil, où les risques d'investissement sont liés à la variabilité des prix au comptant sur le marché de l'énergie. Pour se prémunir contre la volatilité des prix de l'électricité et inciter à investir rapidement dans une centrale électrique renouvelable, ils suggèrent un modèle d'investissement incluant un centre de données pour l'extraction de bitcoins.
En outre, l'étude du Berkeley Lab a révélé que les projets énergétiques commerciaux américains ont passé environ 3,5 ans à attendre l'autorisation de raccordement entre 2010 et 2020, contre environ 1,9 an entre 2000 et 2009. L'étude indique qu'il existe environ 680 GW de "capacité zéro carbone" en attente de raccordement. Étant donné que seuls 16 à 19 % de cette énergie renouvelable totale possible devraient être mis en ligne, probablement en raison des risques d'investissement décrits précédemment, il est possible d'inciter les centrales électriques à être mises en ligne plus tôt, en attendant l'approbation, avec l'aide d'une installation minière. L'application de la couverture minière ici pourrait permettre de construire les deux en parallèle.
Plusieurs études ont également noté que la chute des prix de l'énergie solaire, connue sous le nom de déflation de la valeur solaire, rendra difficile de convaincre les investisseurs et les promoteurs de construire des centrales solaires s'ils s'attendent à gagner moins d'argent ou à perdre de l'argent en exploitant une centrale solaire. La Californie connaît déjà ce problème. "Si la baisse des coûts de construction et d'installation des panneaux solaires s'atténue, la déflation solaire californienne pourrait prendre de l'avance dans la course à la baisse des coûts dès 2022 et grimper à partir de là." Comme dans l'étude de Bastian-Pinto et al., l'exploitation minière de bitcoins peut servir de couverture contre les risques de déflation de la valeur solaire qui dissuaderaient autrement les investisseurs de financer la construction de centrales solaires.
Les défis uniques du réseau électrique moderne
Traditionnellement, le réseau électrique fonctionnait avec des générateurs à rotateur qui produisaient de la vapeur pour faire tourner des turbines. Ces générateurs produisent de l'inertie, ce qui signifie que les turbines en rotation sont résistantes au changement et veulent continuer à tourner, même en l'absence d'énergie fournie pour faire tourner la turbine. Par conséquent, les opérateurs de réseau utilisaient cette inertie pour planifier la réponse aux changements de puissance sur le réseau.
Historiquement, l'inertie donnait aux gestionnaires de réseau le temps de rééquilibrer l'offre et la demande en cas de défaillance d'une grande centrale électrique ou d'une transmission. Toutefois, l'inertie n'est pas le seul moyen de rééquilibrer le réseau. Les charges énergivores peuvent participer à des programmes de réponse à la demande afin de stabiliser un réseau électrique présentant des niveaux élevés de pénétration des énergies renouvelables.
L'exploitation minière de bitcoins et la résilience du réseau - Étude de cas de l'ouest du Texas
Une autre option consiste à utiliser des charges de réponse très flexibles, comme l'extraction de bitcoins. C'est déjà le cas dans le réseau ERCOT du Texas. Lancium et IdeaSmiths, LLC ont publié en 2021 un livre blanc de l'industrie qui modélise les résultats de l'intégration des installations d'extraction de bitcoins qui sont principalement situées dans l'ouest du Texas, où l'énergie éolienne est surabondante. Parmi ses résultats, la simulation de réseau a révélé une réduction des émissions de CO2 lors de l'intégration d'un centre de données hautement flexible comme une installation d'extraction de bitcoins, par rapport à une base de référence de l'utilisation de l'énergie prévue pour 2030. Cela a été possible car, sans mineurs, le gaz naturel aurait été utilisé pour compenser l'intermittence des énergies renouvelables. Le rapport Net Zero de l'AIE souligne l'importance d'augmenter la réponse à la demande afin de gérer l'augmentation de la production d'énergie renouvelable. Par conséquent, ces résultats valident les conclusions de l'AIE. Globalement, le modèle estime une baisse de 3,91 MT des émissions de carbone par rapport au scénario de référence. Bien que cela montre une réduction des émissions et une augmentation de l'énergie éolienne, les gains réels semblent se situer au niveau de la réactivité aux signaux de prix du réseau et de l'amélioration de la stabilité du réseau face à une production d'électricité variable.
Pour être rentable, l'extraction de bitcoins doit plus que couvrir les dépenses d'investissement et d'exploitation grâce aux récompenses en blocs gagnées sur le long terme. Les sociétés minières connaissent également leur seuil de rentabilité à partir duquel les prix de l'électricité sont trop élevés pour qu'elles soient rentables, même à court terme. Si les prix de l'électricité dépassent ce seuil, les mineurs sont incités à réduire leur consommation jusqu'à ce que les prix retombent dans la fourchette de rentabilité. Dans l'ERCOT, les services auxiliaires peuvent être fournis par le biais du service de réserve réactive (RRS), également connu sous le nom de ressources de charge non contrôlables (NCLR). Ces charges sont coupées par un disjoncteur actionné par le réseau (ou après des instructions envoyées par l'opérateur du réseau) lorsque la fréquence descend en dessous d'un seuil. Un autre type de réponse à la demande est connu sous le nom de ressources de charge contrôlables (CLR).
L'exploitation minière du bitcoin ouvre la voie dans ce domaine. Dans le rapport annuel de 2021 sur la réponse à la demande dans la région ERCOT, les auteurs ont noté : " Cela représente la première quantité substantielle de charge conventionnelle à participer au marché des services auxiliaires en tant que ressource de charge contrôlable. " Actuellement, il y a environ 750 MW de CLR fournis par huit charges d'extraction de bitcoins. Les CLR fournissent plus que les NCLR dans le sens où ils peuvent à la fois réduire et augmenter la demande, et fournir une réponse en fréquence similaire au gouverneur d'un générateur thermique conventionnel. Avant 2020, il n'existait aucune charge côté demande capable de fonctionner de cette manière. Le minage de bitcoins agit comme un générateur virtuel, fournissant ou retirant de l'énergie selon les besoins. De plus, l'intégration du minage de bitcoins dans des réseaux riches en énergies renouvelables a pour effet secondaire de réduire l'empreinte carbone du bitcoin.
Pertinence de l'exploitation minière du bitcoin pour les interconnexions occidentales et orientales
NREL fournit un aperçu de l'approche de l'ERCOT et de la manière dont elle pourrait s'appliquer aux réseaux plus importants des États-Unis. Tout d'abord, l'ERCOT est un réseau plus petit et plus "insulaire" que les interconnexions Ouest et Est. Par conséquent, il y a intrinsèquement moins d'inertie dans un réseau plus petit et donc moins de temps de réponse. Un réseau plus petit couplé à une forte pénétration de l'énergie éolienne (l'ERCOT a signalé en 2020 une pénétration instantanée maximale de 57,9 % en 2020) a obligé l'ERCOT à développer une nouvelle approche de la faible inertie.
Deuxièmement, étant donné que l'ERCOT est différent des interconnexions occidentales et orientales en raison de la taille plus petite de son réseau et de la forte pénétration de l'énergie éolienne, les effets de l'incorporation de l'exploitation minière de bitcoins comme charge flexible sont un peu différents. Le NREL rapporte que d'autres "régions des États-Unis n'ont pas encore déployé de réponse de charge significative en raison d'un besoin limité compte tenu de leur taille et de leur faible pénétration [des énergies renouvelables]". Ils suggèrent que les préoccupations concernant la faible inertie sont susceptibles d'être minimes au cours de cette décennie. Cependant, ils s'attendent à ce que les méthodes de l'ERCOT puissent "permettre à ces régions d'ajouter une part importante d'énergie éolienne et solaire tout en maintenant un fonctionnement fiable." Cela suggère que l'exploitation minière de bitcoins sera en mesure de s'étendre à l'échelle nationale pour aider au fonctionnement du réseau dans les années ou décennies à venir.
Restriction et tarification négative
À mesure que la pénétration de l'énergie renouvelable augmente dans les systèmes de réseau, la réduction de la consommation devient plus préoccupante. Selon Shan et Sun (2019), cela résulte d'une " inadéquation entre la production intermittente et la demande, de la congestion du transport et de nombreuses autres raisons. " Ils poursuivent en disant que "la réduction de la production réduira à la fois le bénéfice environnemental et économique des centrales électriques renouvelables, diminuant ainsi le rendement des investisseurs publics et privés."
En 2018, plus de 346 GWh d'énergie solaire et éolienne ont été réduits rien qu'en Californie, et ce chiffre devrait augmenter à mesure que davantage d'énergies renouvelables sont mises en ligne afin d'atteindre les objectifs climatiques de Paris. De même, l'éolien supplémentaire peut entraîner une tarification négative, notamment dans la région des Grandes Plaines. Les prix négatifs correspondent généralement à des endroits où "la valeur économique des ressources de production supplémentaires a considérablement diminué". Selon une étude, les grandes charges flexibles "peuvent avoir la possibilité d'accroître le bien-être en se prévalant d'une énergie abondante et bon marché". Ces charges devraient être en mesure de s'installer facilement dans des régions où les prix négatifs sont courants (c'est ce qu'ont fait les mineurs de bitcoins dans l'ouest du Texas).
Une solution pour les producteurs d'énergie solaire consiste à construire leur centrale électrique comme un hybride d'énergie solaire et de stockage sur batterie. L'énergie excédentaire stockée dans une batterie pourrait être revendue au réseau pendant les périodes de pointe ou la nuit, lorsque le soleil s'est couché. Les prix des batteries devraient continuer à baisser et des batteries de 4 heures sont déjà incluses dans les nouveaux projets de centrales solaires. Eid et al (2021) notent que le retour sur investissement est réduit avec l'ajout de batteries en raison de l'investissement supplémentaire, ce qui peut ne pas être une solution idéale en fonction des contraintes d'investissement. Une autre possibilité est d'ajouter des lignes de transmission supplémentaires qui peuvent envoyer de l'énergie à des endroits plus éloignés qui peuvent avoir besoin de l'énergie excédentaire.
Une solution secondaire consiste à intégrer une installation d'extraction de bitcoins, soit avec des batteries, soit seule. Shan et Sun ont modélisé le réseau électrique californien à l'aide des données sur les réductions de consommation de l'opérateur indépendant de Californie (CAISO) et ont déterminé que le minage de bitcoins pourrait réduire de 50,8 à 79,9 % les réductions de consommation et ajouter de 5,6 à 48,1 millions de dollars de revenus au système, sur la base des données de 2018. Cette étude ne s'est pas penchée sur l'ajout de batteries. Cependant, un rapport récent de Square et ArkInvest a suggéré que le couplage de la batterie et du minage de bitcoins pourrait être bénéfique au fonctionnement de l'énergie solaire. Eid et al (2021) ont effectué des simulations comparant l'utilisation de batteries ou de mineurs de bitcoins pour augmenter la rentabilité des centrales solaires, et ont constaté que dans tous les scénarios, les mineurs de bitcoins étaient plus performants que l'utilisation de batteries. Comme les prix des batteries continuent de baisser, ce calcul peut changer avec le temps. Néanmoins, en termes de retour sur investissement, il est probablement avantageux de faire fonctionner les mineurs pour consommer au moins une partie de l'électricité coupée. Enfin, l'étude de Shan et Sun a montré que la réorientation de l'exploitation minière vers la réduction de la consommation pourrait "réduire les émissions de CO2, stimuler l'expansion de la capacité et améliorer la fiabilité du réseau".
Autres avantages environnementaux
En plus de contribuer à la transition vers les énergies renouvelables, l'extraction de bitcoins peut présenter des avantages environnementaux grâce à l'efficacité énergétique et au nettoyage des déchets, ce qui peut constituer un mécanisme de réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Utiliser la production de chaleur de l'extraction de bitcoins pour améliorer l'efficacité énergétique
Du point de vue de la physique de base, l'extraction de bitcoins convertit l'électricité en chaleur. Cette chaleur peut se mélanger à l'environnement ou être utilisée à des fins productives.
La recherche dans ce domaine est naissante. Une thèse de premier cycle a examiné la possibilité d'utiliser le minage pour chauffer une maison multifamiliale. Une thèse de maîtrise a étudié la possibilité de relier une installation d'extraction de bitcoins de 45 MW à une serre de cannabis de 8,34 acres qui serait située au même endroit en Alberta, au Canada. Cette thèse a révélé une économie potentielle de 70 000 tonnes d'émissions de dioxyde de carbone pour un tel système énergétique en circuit fermé.
Un article récent a fait état d'un partenariat entre MintGreen et la ville de North Vancouver pour acheminer la chaleur excédentaire de l'extraction de bitcoins dans les bâtiments de la ville ou, selon les besoins, la vendre à un producteur local de sel marin. Le partenariat prévoit que, "par rapport au gaz naturel, la chaleur des chaudières numériques de MintGreen permettrait d'économiser 20 000 tonnes de gaz à effet de serre" pendant la durée du contrat avec North Vancouver. La ville estime que la chaleur issue de l'extraction de bitcoins l'aidera à réduire sa dépendance au gaz naturel et à atteindre son objectif de réduction des émissions de 80 % par rapport aux niveaux de 2007 d'ici 2040.
Ailleurs, la chaleur minière est utilisée pour chauffer l'eau, réchauffer des serres pendant les mois d'hiver et distiller du whisky. En outre, il existe des preuves anecdotiques au sein de la communauté bitcoin selon lesquelles certains mineurs résidentiels réaménagent leurs maisons et utilisent leurs mineurs à la fois pour le chauffage central et pour l'accumulation de bitcoins. Nous pensons que pour les mineurs résidentiels, le chauffage peut compenser leur demande sur le réseau et réduire leur empreinte carbone.
L'exploitation minière de bitcoins comme incitation financière à la dépollution des déchets
Bien que nous nous soyons principalement concentrés sur la réduction de la majorité des émissions provenant de la combustion directe de combustibles fossiles, les sous-produits de la production de combustibles fossiles, les décharges, les déchets agricoles et les pneus produisent également des gaz nocifs dans l'atmosphère et sur terre. Les décharges représentent environ 30 % du total des émissions mondiales de méthane. La production de pétrole, de gaz et de charbon produit des émissions de méthane en raison de l'inefficacité des torchères et des fuites de gaz méthane. Les pneus sont également un danger pour l'environnement et constituent un stockage d'énergie gaspillée. Nous pensons que la réduction des gaz à effet de serre provenant des déchets peut être encouragée par des récompenses minières en bitcoins et nous fournissons des preuves de cas d'utilisation récents.
Bitcoin monétise la capture des émissions de méthane provenant des gaz brûlés et des fuites.
Le récent rapport 2021 du GIEC indique qu'environ 0,3 degré C du réchauffement climatique actuel de 1,1 degré C est imputable au méthane. Le méthane, qui a une durée de vie plus courte que le dioxyde de carbone, est un gaz à effet de serre beaucoup plus puissant. Les Nations Unies indiquent que, mesuré sur une période de 20 ans, le méthane a un potentiel de réchauffement planétaire 84 à 86 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone.
Nous savons que, récemment et sans intervention du gouvernement, le gaz brûlé à la torche est utilisé pour extraire des bitcoins. Crusoe Energy fournit maintenant des services d'informatique en nuage qui fonctionnent à partir de gaz précédemment brûlé à la torche et Exxon teste un projet pilote avec Crusoe où elle redirige ce gaz gaspillé vers l'extraction de bitcoins afin de respecter les normes environnementales. Selon un rapport de CNBC, Exxon envisage l'extraction de bitcoins comme un moyen de respecter l'objectif de la Banque mondiale "Zero Routine Flaring by 2030". ConocoPhillips serait en train de mener un projet pilote similaire. Le site Web de Crusoe revendique une réduction de 63 % des émissions d'équivalent dioxyde de carbone. Nezhadfard et al. ont étudié la production d'électricité pour la récupération du méthane et ont constaté que certains moteurs à combustion pouvaient effectivement permettre une réduction nette des émissions d'équivalent dioxyde de carbone. L'indice de consommation d'électricité de Cambridge Bitcoin estime que la récupération du gaz torché au niveau mondial pourrait faire fonctionner 4,6 réseaux miniers de bitcoins (sur la base de la consommation d'énergie du 8 mai 2022).
Bitcoin comme acheteur de premier recours pour les sources d'énergie non conventionnelles : Décharges, déchets agricoles, déchets de charbon et pneus
Comme indiqué précédemment, les décharges sont responsables de 30 % des émissions mondiales de méthane. Les déchets agricoles, notamment ceux provenant du bétail, contribuent à la pollution des sols, de l'eau et de l'air. L'EPA estime qu'aux États-Unis, l'agriculture est responsable de 26 % des émissions de méthane, tandis que les déchets en représentent 19 %.
Biomining est une entreprise mexicaine qui utilise des déchets de porc pour extraire des bitcoins. Les déchets de porc produisent du biogaz, une source d'énergie renouvelable. Cette approche peut être étendue aux décharges d'une certaine taille. Il pourrait être intéressant pour les décharges d'exploiter des mineurs plus anciens, afin de générer des revenus supplémentaires. Le biogaz peut également être produit à partir du traitement des eaux usées et des eaux usées industrielles.
En Pennsylvanie, Stronghold Digital Mining alimente ses mineurs de bitcoins à l'aide d'une centrale d'épuration des déchets de charbon. L'État incite ces centrales à installer des technologies de réduction des polluants et le site Web de Stronghold revendique des réductions de 90 à 99 % des émissions de NOx, de particules, de mercure et de SO2. Toutefois, ces affirmations n'ont pas été vérifiées de manière indépendante. Il est nécessaire de mener des recherches plus approfondies sur les impacts environnementaux de ce type d'extraction de bitcoins à partir de déchets. Enfin, les pneus contribuent à la mise en décharge des déchets et libèrent des toxines dans l'environnement. En raison de leur contenu énergétique élevé, ils peuvent facilement prendre feu, libérant des polluants dans l'atmosphère. En 2019, 76 % des pneus ont été recyclés aux États-Unis. Les 24 % restants peuvent être décomposés à l'aide de hautes températures, ce qui évite de polluer en les brûlant directement pour obtenir de l'énergie. De là, les déchets de pneus décomposés peuvent être convertis en carburant. Cependant, le carburant à base de pneus produit des émissions comparables à celles des carburants conventionnels, il faut donc peser le coût et les avantages de l'utilisation de carburants dérivés de pneus pour le minage de bitcoins comme une forme de nettoyage des déchets et de réduction des risques environnementaux.
Conclusion
Lorsque l'on réfléchit au bitcoin et à l'environnement, il faut tenir compte de la valeur propre du bitcoin, de ses effets négatifs sur l'environnement et de ses effets positifs sur l'environnement. Le bitcoin est un actif numérique de 600 milliards de dollars, une incarnation et une extension de valeurs américaines profondément ancrées, et un moyen de faire avancer les intérêts américains. La preuve de travail, nous l'avons dit, est essentielle à la valeur du bitcoin dans ces trois dimensions, mais comme toute industrie, elle a des impacts environnementaux. Ceux-ci, nous l'avons dit, sont souvent exagérés en raison de malentendus de base sur le protocole du bitcoin. Enfin, nous avons exploré les nombreuses façons dont l'extraction de bitcoins promet de nous aider à relever le défi du changement climatique. L'extraction minière réduit le risque d'investissement dans les énergies renouvelables - en particulier avant la connexion au réseau - et agit comme une ressource à charge contrôlée d'une flexibilité unique. L'exploitation minière présente d'autres avantages pour l'environnement, notamment l'utilisation innovante de la chaleur résiduelle, l'élimination sûre des pneus usagés, l'assainissement des déchets de charbon et, surtout, l'élimination à grande échelle du méthane sur les sites de forage, les exploitations agricoles et les décharges. En particulier dans cette phase naissante de son développement, les régulateurs doivent être attentifs à la fois à la valeur du bitcoin et aux contributions uniques et positives de l'extraction du bitcoin à la durabilité.