RFI-Antwoord: Klimaatimplicaties Van Digitale Activa

Auteurs: Margot Paez, Troy Cross| RFI Response: Climate Implications of Digital Assets

Het Bitcoin Policy Institute is een onpartijdig onderzoekscentrum zonder winstoogmerk dat zich bezighoudt met het bestuderen van de beleidsmatige en maatschappelijke implicaties van bitcoin. We zijn verheugd om het volgende document in te dienen als reactie op het verzoek om informatie over de energie- en klimaatimplicaties van digitale activa dat is gepubliceerd door het Office of Science and Technology Policy. (Documentnummer: 2022-06284.) In het RFI wordt bezorgdheid geuit over de explosieve groei van digitale activa en het bijbehorende energiegebruik en de bijbehorende emissies, gezien de toezegging van president Biden om de broeikasgasvervuiling tegen 2030 met 50-52% te verminderen en tegen 2050 een netto-nuluitstoot te bereiken. De RFI "zoekt publieke input om de klimaateffecten van digitale activa beter te begrijpen" en somt een aantal onderwerpen op waarover commentatoren zich moeten buigen.

Wij verwelkomen de kans om ons onderzoek en ons perspectief te delen. Onze opmerkingen gaan over de volgende onderwerpen, en alleen met betrekking tot bitcoin: protocollen, hardware, middelen, economie, eerdere of lopende mitigatiepogingen, en potentiële energie- of klimaatvoordelen. Wij zijn van mening dat bitcoin, met name op het gebied van energie en milieu, slecht wordt begrepen. Bitcoin vormt geen obstakel voor een koolstofarme economie, maar kan ons juist helpen de productie van hernieuwbare energie te versnellen en ons nieuwe, groenere netwerk te stabiliseren.

In het bijzonder betogen wij het volgende:

De waarde van Bitcoin - zijn economische waarde en bevordering van Amerikaanse waarden en Amerikaanse nationale belangen - moet het kader vormen voor elke discussie over de invloed van Bitcoin op het milieu.
De waarde van Bitcoin is inherent verbonden aan het consensusmechanisme: bewijs van werk.
Hoewel het delven van bitcoins energie-intensief is, wordt het energiegebruik ervan vaak overschat en ten onrechte gekarakteriseerd als een functie van het transactievolume.
Door het exponentieel dalende uitgifteschema van bitcoin zal de werkelijke uitstoot van mijnbouw waarschijnlijk pieken onder 1% van de wereldwijde uitstoot, zelfs als de prijzen binnen tien jaar meer dan vertienvoudigen.
Het profiel van de mijnbouw als energieverbruiker is uniek: extreem kostengevoelig, en onveranderlijk over tijd en plaats.
Bitcoin-mijnbouw stimuleert als eerste en laatste afnemer de ontwikkeling van hernieuwbare energieproductie. Als regelbare energiebron versterkt bitcoinontginning ook het netwerk, zodat het betrouwbaar kan functioneren bij een hoge penetratie van hernieuwbare energiebronnen.
Het energieverbruik van de mijnbouw is in toenemende mate niet-rivaliserend en neigt naar een dieet van hernieuwbare energiebronnen en ongebruikte, verspilde energiebronnen zoals afgefakkeld methaan.

Bitcoin en de Energietransitie

Auteurs
Margot Paez, CEE Ph.D. kandidaat, Georgia Institute of Technology
Troy Cross, Hoogleraar Filosofie en Geesteswetenschappen, Reed College

Inleiding

Een complexe technologie als bitcoin werpt een reeks vragen op voor beleidsmakers, die allemaal moeten worden overwogen alvorens tot een algemeen oordeel te komen, en zeker alvorens actie te ondernemen. In dit rapport richten we ons op een deel van deze vragen: de aard en het belang van de waarde van bitcoin, de rol van proof of work bij het creëren van die waarde, en op het unieke profiel van bitcoin als energieverbruiker, dat zijn waarschijnlijke toekomstige traject bepaalt. Onze conclusie is voorzichtig optimistisch: bitcoin kan een belangrijke rol spelen bij het versnellen van de productie van hernieuwbare energie, het stabiliseren van ons nieuwe, groenere netwerk en het terugdringen van de uitstoot van methaan.

Wat is de waarde van Bitcoin?

De prijs op de open markt is de meest eenvoudige maatstaf voor de waarde van bitcoin. De marktkapitalisatie van Bitcoin - de prijs vermenigvuldigd met het totale aanbod - is momenteel meer dan 600 miljard dollar, en ligt tussen die van Berkshire Hathaway en Facebook (Meta). De marktwaarde kan niet worden genegeerd bij het afwegen van milieueffecten, deels omdat elke industriële activiteit milieukosten met zich meebrengt, en deels omdat ditzelfde kapitaal zijn weg zou vinden naar andere gebieden van de economie met hun eigen effecten. De relevante vraag is niet of bitcoin negatieve milieueffecten heeft, maar eerder hoe het milieuprofiel van bitcoin zich verhoudt tot zijn waarde, en hoe het zich verhoudt tot andere investeringen.

Onderzoekers hebben vastgesteld dat "de koolstofemissies van Bitcoin laag zijn in vergelijking met zijn marktwaarde, wat betekent dat Bitcoin gekenmerkt wordt door een lagere koolstofintensiteit dan de gemiddelde activa in de [typische aandelen] portefeuille." Bitcoin slaat vooral waarde op, met een relatief klein, maar energie-intensief beveiligingsbudget. Luchtvaartmaatschappijen, energiebedrijven, fast fashion bedrijven en cementproducenten daarentegen steken een groot deel van hun waarde in koolstofproducerende activiteiten.

Maar er zijn meer manieren om over waarde na te denken dan het punt waar vraag en aanbod elkaar ontmoeten. Als samenleving zijn we voorstander van inclusie, gelijkheid, transparantie, eigendomsrechten en vrijheid. Bitcoin belichaamt, op zijn eigen manier, al deze waarden en breidt ze uit:

• Het Bitcoin-protocol is vrije, open-source software. Elke regel is door iedereen te inspecteren.
• Het bitcoin grootboek is openbaar en wordt volledig gecontroleerd door tienduizenden nodes wereldwijd.
• Het bitcoin-netwerk is toestemmingsloos en censuurbestendig: het weigert niemand en verplicht alle partijen tot transacties.
• Het bitcoinvermogen wordt niet uitgegeven aan insiders, maar via regelmatige mathematische wedstrijden die voor iedereen openstaan.
• De regels van het bitcoin-netwerk zijn voorspelbaar en niet-discretionair.
• De bitcoin publieke sleutelinfrastructuur verschaft digitale eigendomsrechten via de mogelijkheid om waarde zelf te bewaren en over te dragen.

In de praktijk stelt bitcoin iedereen in de wereld met een mobiele telefoon en een internetverbinding - inclusief zo'n 1,7 miljard mensen die geen bank hebben - in staat om gemakkelijk te sparen in een digitaal activum met een vaste voorraad en om waarde uit te wisselen zonder een gecentraliseerde tegenpartij of censor. Bitcoin is momenteel in handen van meer dan 100 miljoen gebruikers, die onevenredig veel wonen in landen met een hoge inflatie, zwak respect voor eigendomsrechten en slecht bestuur per hoofd van de bevolking.

In eigen land zijn bitcoin en cryptocurrencies wijdverspreid onder gemeenschappen die historisch gemarginaliseerd zijn door het bestaande financiële systeem: zo'n 23% van de zwarte Amerikanen en 16% van de Latijns-Amerikanen bezitten cryptocurrencies, vergeleken met slechts 11% van de blanke Amerikanen. De inherente inclusiviteit van Bitcoin, de robuuste eigendomsrechten en de vrijheid van transacties worden weerspiegeld in het adoptiepatroon.

Naast deze maatschappelijke idealen is bitcoin ook in het nationaal belang. De nationale veiligheid van de VS berust voor een deel op binnenlandse technologische innovatie en waardering op onze aandelenmarkten, waar bitcoin ons een duidelijk voordeel geeft. China's verbod van juni 2021 op bitcoin-delven heeft de wereldwijde verdeling van de "hashrate", een maat voor de rekenkracht die nodig is om transacties te verzamelen en te beveiligen, veranderd. Hoewel specifieke schattingen lastig zijn, hebben de Verenigde Staten nu een meerderheid van de wereldwijde hashpower. China ziet bitcoin als een bedreiging voor zijn autoritaire systeem en strenge kapitaalcontroles, en versnelt in plaats daarvan de uitrol van zijn Digital Currency Electronic Payment (DCEP). Tegelijkertijd heeft China de aankoop van Amerikaans schatkistpapier vertraagd en zijn dollarreserves herschikt in westerse vastgoed- en aandelenmarkten, waardoor het financiële macht heeft om politieke invloed uit te oefenen op Amerikaanse bedrijven.

Bitcoin vormt een ernstige belemmering voor China's CBDC-ambities, omdat het een aantrekkelijke opslagplaats voor rijkdom en een effectief grensoverschrijdend betalingssysteem is voor de BRI-landen die China met de e-RMB wil verstrengelen. Ondertussen is de wereldwijde vraag naar bitcoin en dollar-gekoppelde stablecoins geëxplodeerd, vooral onder burgers van opkomende markten die met valutastress kampen. Nu de sector steeds meer gereguleerd en transparant wordt, kan de combinatie van bitcoin en stablecoins dienen als een effectief middel om de dominantie van de dollar te ondersteunen in de digitale frontlinie die concurreert met China's eRMB. De groei van deze stablecoins belooft de vraag naar Amerikaanse Treasuries te stimuleren, wat de Federal Reserve helpt om de rente laag te houden in het licht van de inflatie. Op deze manier kan bitcoin dienen als een neutraal reserve-object dat helpt het dollarsysteem te versterken, niet te ondermijnen.

Waarom Proof of Work?

We hebben betoogd dat elk onderzoek naar de milieu-impact van bitcoin moet beginnen met een begrip van de waarde ervan. Maar critici beweren dat het dezelfde waarde zou behouden, zelfs als het energie-intensieve consensus mechanisme bekend als "proof of work" zou worden losgelaten. Daar zijn we het niet mee eens. De waarde van Bitcoin is onlosmakelijk verbonden met "proof of work". Hoewel sommige consensusmechanismen voor gedistribueerde grootboeken minder energie-intensief zijn, gaan ze gepaard met kritieke compromissen op het gebied van eerlijkheid en veiligheid.

In Proof of Work wordt het recht om een nieuw blok te publiceren per loterij toegekend en je kunt je kansen op een winnend "ticket" vergroten door meer energie te gebruiken om er een te vinden. Proof of Stake systemen kennen dit recht toe aan individuen in verhouding tot hoeveel van het inheemse goed ze al hebben "ingezet". Hoe meer je inzet, hoe meer je verdient voor het inzetten. Rijkdom neemt toe, net als de macht om te bepalen welke transacties in het grootboek verschijnen. Dus terwijl het aantal Bitcoins dat iemand bezit geen directe invloed heeft op het netwerk, geven Proof of Stake systemen rijkere bezitters meer controle. Dat brengt de bitcoin-waarden van gelijkheid en inclusie in gevaar.

Bewijzen van werk zijn ook, aantoonbaar, veiliger. Om Bitcoin te verstoren, zou een kwaadwillende een aanzienlijk deel van de totale rekenkracht van het netwerk moeten controleren. En zelfs als de meeste miners offline zouden gaan, zou het netwerk blijven draaien. Ter vergelijking, een typisch Proof of Stake netwerk stopt als meer dan 33% van de validators offline gaat. Dit maakt PoS-systemen kwetsbaarder voor zowel aanvallen als internetstoringen. Toen China bijvoorbeeld bitcoin mining verbood, bleef het netwerk draaien ondanks dat het meer dan de helft van zijn rekenkracht verloor. Maar sommige van de grootste Proof of Stake-netwerken hebben al te kampen gehad met langdurige uitval, zoals Polygon (maart 2022) en Solana (alleen al zes uitvaldagen in januari 2022).

Wat zijn de negatieve milieueffecten van bitcoinmijnbouw?

Bitcoin-mijnbouw gebruikt energie, waarvan een deel afkomstig is van energiecentrales die fossiele brandstoffen gebruiken. De uitstoot van die centrales, waaronder broeikasgassen en andere luchtverontreinigende stoffen, is een negatieve bijkomstigheid van bitcoin, net als van iedere gebruiker van elektriciteit. Bovendien veroorzaken de gespecialiseerde machines die voor het delven worden gebruikt, hun eigen milieueffecten in de vorm van e-afval als ze niet naar behoren worden gerecycled.

Sommige van deze milieueffecten als gevolg van bitcoinmijnbouw zijn onmiskenbaar. In de nasleep van het verbod op bitcoinontginning in China, verhuisden veel ontginners naar Kazachstan, waar ze goedkope elektriciteit gebruikten die werd opgewekt door het verbranden van steenkool. (Kazachstan heeft sindsdien ingegrepen om verstoring van hun energiemarkten te voorkomen). Een bijna gesloten kolencentrale in Hardin, Montana voerde de productie op om aan de vraag van een bitcoin-mijnwerker te voldoen. (Onlangs kondigde die mijnwerker aan dat hij tegen het eind van het jaar uit de fabriek zou stappen.) Soortgelijke verhalen zijn te vinden in Kentucky, waar door de staat gesubsidieerde kolencentrales nu bitcoin delven.

Dergelijke anekdotes worden gecombineerd met virale mediaverhalen om levendige beelden te creëren van een wereldwijde vernietiging. Eén zo'n verhaal beweert dat bitcoin per transactie twee maanden huishoudelijke stroom verbruikt. Een ander beweert dat één bitcoin-transactie twee iPhones aan e-afval oplevert. Een vaak geciteerde studie uit 2018 suggereert dat bitcoin alleen al, los van alle andere menselijke activiteiten, de temperatuur op aarde binnen drie decennia met meer dan twee graden dreigt te doen stijgen. Hoewel de studie in de academische gemeenschap grondig is ontkracht, blijft zij de ronde doen in activistische anti-bitcoin campagnes. Niet langer aangeprezen, maar nooit gecorrigeerd of verduidelijkt, is een beruchte voorspelling van het World Economic Forum en door Newsweek in december 2017 dat tegen 2020 bitcoin alle energie van de wereld zou verbruiken.

Naar onze mening lijken de angstaanjagende visioenen die uit dergelijke verhalen voortkomen niet op de werkelijkheid. E-afval als gevolg van bitcoin-mijnbouw is, zelfs gezien de meest pessimistische schatting (30,7 metrische kiloton), slechts 0,07% van al het e-afval (41,8 miljoen metrische ton), maar in werkelijkheid is het veel minder (zie punt 7). Hoewel de betrouwbaarheidsintervallen groot zijn en de bronnen sterk uiteenlopen, is het huidige geschatte energieverbruik van bitcoin 0,23% van de wereldwijde energie volgens het Cambridge Centre for Alternative Finance. Bitcoin-mijnbouw is in toenemende mate hernieuwbaar. De Bitcoin Mining Council verzamelt directe gegevens van mijnwerkers die verantwoordelijk zijn voor meer dan 50% van alle hashrate, en meldt een duurzame energiemix van 64,6%, met een schatting van een duurzame energiemix van 58,4% voor de hele industrie. Door deze groenere energiemix is bitcoin-delving volgens een recent rapport verantwoordelijk voor slechts 0,08% van de wereldwijde koolstofuitstoot. En volgens een andere recente projectie zal de wereldwijde uitstoot van bitcoin aan het eind van het decennium waarschijnlijk een piek bereiken van minder dan 1%, en daarna afnemen, zelfs als de marktkapitalisatie van bitcoin in die periode meer dan vertienvoudigd wordt.

De pogingen om het energieverbruik, de emissies of het e-afval "per transactie" te karakteriseren, verraden bovendien een fundamenteel misverstand over hoe mijnbouw werkt (zie 5). De basislaag van Bitcoin verwerkt zeer weinig transacties, maar elk van deze transacties kan duizenden betalingen in batches vereffenen die gedaan worden op zeer efficiënte betalingsnetwerken van de tweede laag, zoals het Lightning Network. Op deze manier kan bitcoin schalen in transactievolume zonder een significant verschil in energiegebruik, uitstoot of e-afval.

Alle voorspellingen over bitcoins toekomstige energiegebruik en uitstoot moeten natuurlijk genuanceerd worden. Vanwege het dalende uitgifteschema van bitcoin is het van belang hoe snel de prijs van bitcoin stijgt. Als bitcoin niet in 2030, maar in 2022 490.000 dollar zou bereiken, dan zouden mijnwerkers nu al een veel waardevollere bloksubsidie hebben. In 2030, gezien het feit dat de uitgifte dan twee keer gehalveerd zal zijn, zou die blokbeloning in dollar uitgedrukt niet zo groot zijn, en het is dit laatste scenario dat het model voor ogen heeft waarmee mijnbouw minder dan 1% van de wereldwijde koolstofuitstoot realiseert. Het effect van dergelijke onwaarschijnlijke prijspieken op korte termijn zou worden afgezwakt door de beschikbaarheid van ASIC's en elektrische infrastructuur, maar toch moeten deze effecten worden gemodelleerd en bestudeerd.

In plaats van deze literatuur verder in detail te bespreken, willen we het nu hebben over enkele fundamentele kenmerken van het protocol en de dynamiek van de energiemarkt, die ons voorzichtig optimistisch maken over de rol van bitcoin bij het stimuleren van een overgang naar duurzame energie.

Voordelen van Bitcoin-mijnbouw voor het milieu

Bitcoin heeft een uniek energievraagprofiel. De mijnwerkers zijn:

• Draagbaar en kunnen in een groot aantal landen en klimaten werken, zelfs zonder aansluiting op het net (wat bijdraagt aan het opstarten van hernieuwbare energiebronnen en het ondersteunen van de aanleg van infrastructuur),
• Uitzonderlijk prijsgevoelig als onderdeel van een wereldwijde, nulsom-markt (elke mijnwerker waar ook ter wereld concurreert rechtstreeks met elk ander voor de vaste uitgifte van blokken);
• Inzetbaar op schaal (van solo-mijnbouw thuis tot industriële operaties van gigawatt);
• Onderbreekbaar en flexibel, in staat om de vraag naar energie te dempen met een reactievermogen van minder dan een seconde (om de netwerken stabiel te houden).

Omdat oudere en nieuwere machines verschillende rendabiliteitsprofielen hebben, is bitcoin-mijnbouw bijzonder geschikt om belangrijke niches in het energiesysteem te vullen en zich symbiotisch te ontwikkelen met producenten van hernieuwbare energie. Mijnbouw kan, op niet voor de hand liggende manieren, een krachtig instrument blijken te zijn om de verschuiving naar een energiesysteem op basis van hernieuwbare bronnen te helpen bewerkstelligen. Bovendien biedt het een winstgericht mechanisme voor het terugwinnen van methaan uit afval, en als de prijzen stabiliseren, kan ten minste een deel van de bitcoin-mijnwerkers grote verwarmingselementen vervangen, waardoor de hashrate toeneemt met weinig tot geen effect op emissies of elektriciteitsgebruik.

Hernieuwbare energie en het net

We identificeren drie grote problemen bij de overgang van een op koolstof gebaseerd elektriciteitsnet naar een op hernieuwbare energie gebaseerd elektriciteitsnet: het investeringsrisico voor producenten van hernieuwbare energie; de unieke uitdagingen van een op inverters gebaseerd elektriciteitsnet; en inperking en negatieve prijszetting, wat onderverdeeld kan worden in problemen van transmissiebeperkingen en het beperken van overtollig aanbod op het net.

Investeringsrisico

Het Internationale Agentschap voor Hernieuwbare Energie (IRENA) meldt dat particuliere financiering naar verwachting een groot deel van de benodigde investeringen zal leveren om de overgang naar hernieuwbare energie tot een succes te maken. Het agentschap wijst echter op een aantal risico's die grootschalige investeringen in de weg staan. Zij merken op dat "dergelijke risico's politieke, regelgevings-, tegenpartij-, valuta- en liquiditeitsrisico's omvatten, evenals risico's in verband met de interconnectie van netwerken en de vertraging van transmissielijnen". Hoewel bitcoinontginning misschien niet al deze problemen oplost, denken wij dat het er wel een paar kan oplossen.

Uit het rapport van Berkeley Lab over de wachtrijen voor interconnectie blijkt dat de wachttijden voor aansluiting op het net langer worden en dat het percentage voorgestelde projecten dat overgaat tot aansluiting op het net, ook afneemt. Bijkomende risico's worden belicht in Bastian-Pinto et al. (2020), waarin de ontwikkelingen op het gebied van windenergie worden onderzocht in Brazilië, waar de investeringsrisico's gekoppeld zijn aan de variabiliteit van de spotprijzen op de energiemarkt. Om zich in te dekken tegen de volatiliteit van de elektriciteitsprijzen en om vroege investeringen in een hernieuwbare energiecentrale aan te moedigen, stellen zij een investeringsmodel voor met een datacentrum voor Bitcoin-mining.

Bovendien bleek uit de Berkeley Lab-studie dat commerciële elektriciteitsprojecten in de VS tussen 2010 en 2020 ongeveer 3,5 jaar hebben gewacht op goedkeuring voor aansluiting, vergeleken met ongeveer 1,9 jaar tussen 2000 en 2009. In de studie wordt opgemerkt dat er ruwweg 680 GW aan "nul-koolstof capaciteit" staat te wachten om te worden aangesloten. Aangezien slechts 16-19% van dit totale potentieel aan hernieuwbare energie naar verwachting online zal komen, mogelijk als gevolg van de eerder geschetste investeringsrisico's, ligt hier een kans om energiecentrales te stimuleren sneller online te komen, terwijl ze wachten op goedkeuring, met behulp van een mijnbouwfaciliteit. Door de mijnbouwhedge hier toe te passen, zouden beide parallel kunnen worden gebouwd.

Verschillende studies hebben ook aangetoond dat de dalende prijzen van zonne-energie, bekend als deflatie van de waarde van zonne-energie, het moeilijk zal maken investeerders en ontwikkelaars ervan te overtuigen zonne-energiecentrales te bouwen als ze verwachten minder geld te verdienen of geld te verliezen met de exploitatie van een zonne-energiecentrale. Californië kampt al met dit probleem. "Als de daling van de kosten voor het bouwen en installeren van zonnepanelen afneemt, zou de deflatie van de zonnewaarde in Californië al in 2022 een voorsprong kunnen nemen in de race tegen dalende kosten en vanaf dat punt omhoog kunnen klimmen. Net als in de studie van Bastian-Pinto et al. kan bitcoin-mijnbouw fungeren als een hedge tegen de risico's van deflatie van de waarde van zonne-energie die investeerders anders zouden afschrikken om de bouw van zonne-energiecentrales te financieren.

De unieke uitdagingen van het moderne elektriciteitsnet

Traditioneel werkte het elektriciteitsnet met rotatorgeneratoren die stoom produceerden om turbines te laten draaien. Deze generatoren zorgen voor inertie, wat betekent dat de draaiende turbines bestand zijn tegen verandering en willen blijven draaien, zelfs als er geen energie wordt geleverd om de turbine te laten draaien. Netbeheerders gebruikten deze traagheid om de respons op veranderingen in het vermogen op het net te plannen.

Historisch gezien gaf de traagheid de netbeheerders de tijd om vraag en aanbod opnieuw in evenwicht te brengen wanneer een grote elektriciteitscentrale of de transmissie uitvalt. Traagheid is echter niet de enige manier om het net opnieuw in evenwicht te brengen. Energie-intensieve belastingen kunnen deelnemen aan vraagresponsprogramma's om een elektriciteitsnet met een hoge penetratiegraad van hernieuwbare energie te stabiliseren.

Bitcoin-mijnbouw en veerkracht van het net - casestudie West-Texas

Een andere optie is het gebruik van zeer flexibele responsbelastingen zoals bitcoin-mijnbouw. Dit gebeurt al in het ERCOT-netwerk van Texas. Lancium en IdeaSmiths, LLC hebben in 2021 een whitepaper voor de sector gepubliceerd waarin de resultaten worden gemodelleerd van de integratie van bitcoinmijnen, die zich voornamelijk in West-Texas bevinden, waar een overvloed aan windenergie is. Een van de resultaten van de netwerksimulatie was een vermindering van de CO2-uitstoot bij de integratie van een zeer flexibel datacenter zoals een bitcoin-mijnfaciliteit, vergeleken met een baseline voor het energieverbruik in 2030. Dit was mogelijk omdat zonder mijnwerkers aardgas zou zijn gebruikt om hernieuwbare intermitterendheid te compenseren. Het IEA Net Zero-rapport benadrukt het belang van meer vraagrespons om de toegenomen op hernieuwbare energie gebaseerde elektriciteitsproductie te beheren. Deze resultaten bevestigen dan ook de bevindingen van het IEA. In het algemeen raamt het model een daling van de koolstofemissies met 3,91 Mt ten opzichte van het basisscenario. Hoewel dit een vermindering van de uitstoot en een toename van windenergie laat zien, lijkt de echte winst te zitten in de responsiviteit op prijssignalen van het net en een verbeterde netstabiliteit ten opzichte van variabele stroomopwekking.

Winstgevende bitcoinontginning moet de kapitaal- en operationele kosten meer dan dekken met blokbeloningen die op lange termijn worden verdiend. Mijnbouwbedrijven kennen ook het break-even punt waarop de elektriciteitsprijzen te hoog zijn om zelfs op korte termijn winstgevend te zijn. Als de elektriciteitsprijzen deze drempel overschrijden, worden mijnbouwbedrijven gestimuleerd om de stroom uit te schakelen totdat de prijzen weer binnen hun winstmarge vallen. In ERCOT kunnen ondersteunende diensten worden geleverd via Responsive Reserve Service (RRS), ook bekend als NonControllable Load Resources (NCLR). Deze belastingen worden uitgeschakeld via een door het net bediende stroomonderbreker (of na instructies van de netbeheerder) wanneer de frequentie onder een drempel zakt. Een ander type vraagrespons staat bekend als beheersbare energiebronnen (Controllable Load Resources - CLR).

Bitcoin-mijnbouw neemt op dit gebied het voortouw. In het 2021 Annual Report of Demand Response in the ERCOT Region merkten de auteurs op: "Dit is de eerste substantiële hoeveelheid conventionele belasting die deelneemt aan de markt voor ondersteunende diensten als een beheersbare belastingsbron." Op dit moment wordt er ongeveer 750 MW aan CLR geleverd door acht bitcoin-mijnladingen. CLR biedt meer dan NCLR's in de zin dat zij zowel de vraag kunnen verminderen als verhogen, en frequentierespons kunnen bieden die vergelijkbaar is met de generator van een conventionele thermische generator. Vóór 2020 waren er geen belastingen aan de vraagzijde die op deze manier konden werken. Bitcoin-mijnbouw werkt als een virtuele generator die naar behoefte energie levert of onttrekt. Bovendien heeft de opname van bitcoin-mijnbouw in hernieuwbare netwerken als neveneffect dat de koolstofvoetafdruk van bitcoin wordt schoongemaakt.

De relevantie van Bitcoin Mining voor de westelijke en oostelijke interconnecties

NREL geeft enig inzicht in de aanpak van ERCOT en hoe die van toepassing zou kunnen zijn op de grotere netten in de VS. Ten eerste is ERCOT een kleiner en meer "eilandachtig" net dan de westelijke en oostelijke verbindingen. Als gevolg daarvan is er inherent minder inertie in een kleiner net en dus minder reactietijd. Een kleiner net in combinatie met een hoge penetratie van windenergie (ERCOT meldde in 2020 een maximale momentane penetratie van 57,9% in 2020) dwong ERCOT ertoe een nieuwe benadering van lage traagheid te ontwikkelen.

Ten tweede, aangezien ERCOT anders is dan de westelijke en oostelijke interconnecties vanwege de kleinere netomvang en de hoge windpenetratie, zijn de effecten van het opnemen van bitcoin mining als een flexibele belasting een beetje anders. NREL meldt dat andere "Amerikaanse regio's nog geen significante load response hebben ingezet vanwege de beperkte behoefte gezien hun omvang en beperkte [hernieuwbare] penetratie." Ze suggereren dat zorgen over lage inertie waarschijnlijk minimaal zullen zijn tijdens dit decennium. Ze verwachten echter dat de ERCOT-methoden "deze regio's in staat zouden kunnen stellen om aanzienlijke wind- en zonne-energie toe te voegen met behoud van een betrouwbare werking." Dit suggereert dat bitcoin mijnbouw in staat zal zijn om nationaal op te schalen om te helpen bij de werking van het net in de komende jaren tot decennia.

Inperking en negatieve prijsstelling

Naarmate de penetratie van hernieuwbare energie in de netten toeneemt, wordt curtailment een groter probleem. Volgens Shan en Sun (2019) is dit een gevolg van een "mismatch van intermitterende opwekking en vraag, transmissiecongestie en vele andere redenen." Ze vervolgen, "curtailment zal zowel het milieu- als het economische voordeel van hernieuwbare energiecentrales verminderen, waardoor het rendement van publieke en private investeerders daalt."

In 2018 werd alleen al in Californië meer dan 346 GWh aan zonne- en windenergie ingeperkt en dit aantal zal naar verwachting toenemen naarmate meer hernieuwbare energie online komt om de klimaatdoelstellingen van Parijs te halen. Op dezelfde manier kan extra wind leiden tot negatieve prijszetting, vooral in de regio Great Plains. Een negatieve prijszetting komt in het algemeen voor op plaatsen waar "de economische waarde van extra productiemiddelen aanzienlijk is gedaald". Volgens één studie kunnen grote flexibele belastingen "de kans krijgen om hun welvaart te verhogen door gebruik te maken van overvloedige en goedkope energie". Dergelijke ladingen zouden gemakkelijk moeten kunnen worden samengebracht in regio's waar negatieve prijzen gebruikelijk zijn (wat bitcoin-mijnwerkers in West-Texas hebben gedaan).

Een oplossing voor zonne-energieproducenten is om hun energiecentrale uit te bouwen als een hybride van zonne-energie en batterijopslag. Als het overschot aan energie wordt opgeslagen in een batterij, kan deze energie tijdens piekuren of 's nachts, als de zon onder is, worden terugverkocht aan het net. Verwacht wordt dat de prijzen van accu's zullen blijven dalen en er worden al 4-uurs accu's opgenomen in nieuwe projecten voor zonne-energiecentrales. Eid et al. (2021) merken op dat de ROI lager wordt door de toevoeging van batterijen als gevolg van de extra investering, zodat dit wellicht geen ideale oplossing is, afhankelijk van de investeringsbeperkingen. Een andere mogelijkheid is om extra transmissielijnen toe te voegen die de stroom naar verder gelegen locaties kunnen sturen die de overtollige stroom nodig kunnen hebben.

Een tweede oplossing is het inbouwen van een bitcoin-mijnbouwinstallatie, hetzij met batterijen, hetzij alleen. Shan en Sun hebben het elektriciteitsnet van Californië gemodelleerd aan de hand van curtailmentgegevens van de California Independent System Operator (CAISO) en hebben vastgesteld dat bitcoinwinning 50,8-79,9% van de curtailment kan verminderen en 5,6-48,1 miljoen dollar aan extra inkomsten aan het systeem kan toevoegen, gebaseerd op gegevens van 2018. In deze studie werd niet gekeken naar de toevoeging van batterijen. Een recent rapport van Square en ArkInvest suggereerde echter dat de koppeling van batterijen en bitcoin mining gunstig zou kunnen zijn voor de exploitatie van zonne-energie. Eid et al. (2021) voerden simulaties uit waarbij het gebruik van batterijen of bitcoin miners werd vergeleken om de winstgevendheid van zonne-energiecentrales te verhogen, en ontdekten dat in alle scenario's de bitcoin miners het beter deden dan het gebruik van batterijen. Aangezien de prijzen van batterijen blijven dalen, kan deze calculus mettertijd veranderen. In termen van ROI is het echter waarschijnlijk voordelig om miners te gebruiken om ten minste een deel van de onderbroken stroom te verbruiken. Tot slot toonde de studie van Shan en Sun aan dat een verschuiving van de mijnbouw naar het aanpakken van de stroomonderbreking "de CO2-uitstoot kan verminderen, de capaciteitsuitbreiding kan stimuleren en de betrouwbaarheid van het net kan verbeteren".

Extra milieuvoordelen

Bitcoin mining helpt niet alleen bij de overgang naar hernieuwbare energie, maar kan ook voordelen voor het milieu opleveren door energie-efficiëntie en het opruimen van afval, waardoor het mogelijk de uitstoot van broeikasgassen kan verminderen.

De warmteontwikkeling van Bitcoin Mining gebruiken om de energie-efficiëntie te verbeteren

Vanuit een elementair natuurkundig perspectief zet bitcoin mijnbouw elektriciteit om in warmte. De warmte kan vermengd worden met de omgeving of gebruikt worden voor productieve doeleinden.

Het onderzoek hiernaar staat nog in de kinderschoenen. Een scriptie van een student onderzocht de mogelijkheid om mijnbouw te gebruiken om een meergezinswoning te verwarmen. Een masterscriptie bestudeerde de koppeling van een bitcoinmijnbouwinstallatie van 45 MW aan een cannabiskas van 8,34 hectare in Alberta, Canada. Uit deze scriptie bleek een potentiële besparing van 70.000 ton kooldioxide-uitstoot voor een dergelijk gesloten energiesysteem.

In een recent nieuwsartikel werd melding gemaakt van een samenwerkingsverband tussen MintGreen en de stad North Vancouver om de overtollige bitcoin mijnwarmte naar de gebouwen van de stad te leiden of, indien nodig, te verkopen aan een lokale producent van zeezout. Het partnerschap verwacht dat, "in vergelijking met aardgas, de warmte van MintGreen's digitale boilers de atmosfeer zou redden van 20.000 ton broeikasgassen" gedurende de looptijd van het contract met North Vancouver. De stad gelooft dat bitcoin mijnbouw warmte zal helpen hun afhankelijkheid van aardgas te verminderen en hun doelstelling te halen om de uitstoot te verminderen met 80% onder het niveau van 2007 in 2040.

Elders wordt mijnwarmte gebruikt om warm water te verwarmen, kassen te verwarmen tijdens de wintermaanden, en whisky te destilleren. Daarnaast is er anekdotisch bewijs in de bitcoingemeenschap dat sommige huismijnwerkers hun huizen aanpassen en hun mijnen gebruiken voor een tweeledig doel: centrale verwarming en bitcoinaccumulatie. Wij denken dat residentiële mijnwerkers met verwarming hun vraag naar het net kunnen compenseren en ook hun CO2-voetafdruk kunnen verkleinen.

Bitcoin-mijnbouw als financiële prikkel voor afvalverwijdering

Hoewel we ons vooral richten op het verminderen van de uitstoot van de directe verbranding van fossiele brandstoffen, dragen bijproducten van de productie van fossiele brandstoffen, stortplaatsen, landbouwafval en autobanden ook bij aan de uitstoot van schadelijke gassen in de atmosfeer en op het land. Stortplaatsen zijn verantwoordelijk voor ongeveer 30% van de totale uitstoot van methaan in de wereld. Olie-, gas- en steenkoolproductie produceren methaanemissies door de inefficiëntie van het affakkelen en lekken van methaangas. Banden zijn ook een gevaar voor het milieu en zijn een opslagplaats van verspilde energie. Wij geloven dat vermindering van broeikasgassen door afval kan worden gestimuleerd met bitcoin-miningbeloningen en leveren bewijs van recente gebruikscases.

Bitcoin brengt methaanemissies uit afgefakkeld gas en lekken in geld om te zetten

In het recente 2021-rapport van het IPCC staat dat ongeveer 0,3°C van de huidige 1,1°C opwarming van de aarde is toe te schrijven aan methaangas. Methaangas heeft weliswaar een kortere levensduur dan kooldioxide, maar is een veel krachtiger broeikasgas. Volgens de VN heeft methaan, gemeten over een periode van 20 jaar, een 84-86 maal groter aardopwarmingsvermogen dan kooldioxide.

We weten dat recentelijk, zonder tussenkomst van de overheid, afgefakkeld gas wordt gebruikt om bitcoin te delven. Crusoe Energy levert nu cloudcomputingdiensten die werken op eerder afgefakkeld gas en Exxon test samen met Crusoe een proefproject waarbij dit afgefakkelde gas wordt omgeleid naar bitcoin-mijnbouw om aan de milieunormen te voldoen. Volgens een verslag van CNBC bekijkt Exxon het ontginnen van bitcoins als een manier om te voldoen aan de doelstelling van de Wereldbank: "Zero Routine Flaring by 2030". ConocoPhillips is naar verluidt bezig met een soortgelijk proefproject. De website van Crusoe claimt een vermindering van 63% in koolstofdioxide-equivalent emissies. Nezhadfard et al. bestudeerden energieopwekking voor methaanterugwinning en ontdekten dat bepaalde verbrandingsmotoren inderdaad een nettovermindering van de uitstoot van kooldioxide-equivalenten kunnen opleveren. De Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index schat dat de wereldwijde terugwinning van het affakkelen van gas 4,6 bitcoin mijnbouwnetwerken zou kunnen laten draaien (gebaseerd op het energieverbruik van 8 mei 2022).

Bitcoin als koper van eerste toevlucht voor onconventionele energiebronnen: Stortplaatsen, landbouwafval, afvalkolen en banden

Zoals eerder vermeld, zijn stortplaatsen verantwoordelijk voor 30% van de wereldwijde methaanemissies. Landbouwafval, vooral van vee, draagt bij aan zowel bodem-, water-, als luchtvervuiling. De EPA schat dat in de VS de landbouw verantwoordelijk is voor 26% van de methaanuitstoot, terwijl afval verantwoordelijk is voor 19%.

Biomining is een Mexicaans bedrijf dat varkensafval gebruikt om bitcoin te delven. Het varkensafval produceert biogas, een hernieuwbare energiebron. Deze aanpak kan worden uitgebreid tot stortplaatsen van een zekere omvang. Het kan voor stortplaatsen de moeite waard zijn om oudere mijnwerkers te exploiteren, om extra inkomsten te genereren. Biogas kan ook worden geproduceerd uit rioolwater en industrieel afvalwaterzuivering.

In Pennsylvania voorziet Stronghold Digital Mining zijn bitcoin-mijnwerkers van energie met een centrale voor de sanering van afvalkool. De staat stimuleert deze centrales om technologie te installeren die de uitstoot van verontreinigende stoffen terugdringt en op de website van Stronghold wordt beweerd dat de uitstoot van NOx, deeltjes, kwik en SO2 met 90-99% is gedaald. Deze beweringen zijn echter niet onafhankelijk geverifieerd. Er is meer onderzoek nodig naar de milieueffecten van dit soort van afval-toen-energie bitcoin mijnbouw. Ten slotte dragen autobanden bij tot het storten van afval en brengen ze giftige stoffen in het milieu. Vanwege hun hoge energie-inhoud kunnen ze gemakkelijk in brand vliegen, waardoor verontreinigende stoffen vrijkomen in de atmosfeer. In 2019 werd 76% van de banden in de VS gerecycled. De resterende 24% kan worden afgebroken met behulp van hoge temperaturen, waardoor vervuiling wordt voorkomen door ze direct te verbranden voor energie. Van hieruit kan het afgebroken bandenafval worden omgezet in brandstof. Bandenbrandstof produceert echter wel emissies die vergelijkbaar zijn met conventionele brandstoffen, dus de kosten en baten moeten worden afgewogen voor het gebruik van van banden afgeleide brandstoffen voor bitcoin mijnbouw als een vorm van afvalverwijdering en vermindering van milieurisico's.

Conclusie

Als we nadenken over bitcoin en het milieu moeten we een afweging maken tussen de waarde van bitcoin zelf, de negatieve milieueffecten en de positieve milieueffecten. Bitcoin is een digitaal bezit van 600 miljard dollar, een belichaming en uitbreiding van diepgewortelde Amerikaanse waarden, en een middel om Amerikaanse belangen te bevorderen. Bewijzen van werk, zo hebben wij betoogd, zijn essentieel voor de waarde van bitcoin in alle drie de opzichten, maar hebben, net als elke andere bedrijfstak, gevolgen voor het milieu. Deze worden volgens ons vaak overdreven door misverstanden over het bitcoin-protocol. Ten slotte hebben we gekeken naar de vele manieren waarop bitcoinmijnbouw ons kan helpen het probleem van de klimaatverandering aan te pakken. Mijnbouw vermindert het investeringsrisico in hernieuwbare energiebronnen - met name vóór de aansluiting op het net - en fungeert als een unieke flexibele bron van gecontroleerde belasting. Mijnbouw heeft nog andere milieuvoordelen, zoals innovatief gebruik van afvalwarmte, veilige verwijdering van gebruikte autobanden, sanering van steenkoolafval en vooral sanering van methaan op boorputten, boerderijen en stortplaatsen, op grote schaal. Vooral in deze ontluikende fase van zijn ontwikkeling moeten regelgevers rekening houden met zowel de waarde van bitcoin als met de unieke en positieve bijdragen van bitcoinontginning aan duurzaamheid.

Follow @EuropeanBTC21