Zużycie energii bitcoina w porównaniu do innych gałęzi przemysłu

W ostatnim czasie coraz częściej poruszana jest kwestia zużycia energii przez bitcoina. Zazwyczaj jednak porównuje się go z sektorem wydobycia złota i bankowości. W dzisiejszym artykule spojrzymy jednak na tę kwestię znacznie szerzej. Korzystając z artykułu Hassa McCooka, sprawdzimy ile dokładnie wynosi zużycie energii elektrycznej bitcoina, a następnie porównamy te dane ze zużyciem w innych branżach, takich jak budownictwo, opieka zdrowotna czy transport (drogowy, kolejowy, lotniczy i morski). Tak więc, zaczynamy!

Ile energii zużywa bitcoin?

Dla kontekstu, w momencie pisania tego tekstu, Cambridge Bitcoin Energy Consumption Index (CBECI) szacuje roczne zużycie energii przez bitcoina na 79 terawatogodzin (TWh).

Warto sobie jednak zadać pytanie o intensywność emisji dwutlenku węgla. Na podstawie danych z Cambridge “3rd Global Cryptoasset Benchmarking Study”, Hass obliczył, że intensywność emisji dwutlenku węgla dla sieci BTC to około 420 gramów CO2 na kilowatogodzinę (kWh). Niemniej jednak liczba ta pochodziła z okresu na długo przed chińskim exodusem górniczym, który miał miejsce w czerwcu i lipcu 2021 r. Po wprowadzeniu zakazów przez Państwo Środka, prawie połowa górników odłączyła od sieci swoje koparki, które były zasilane głównie węglem.

Poniższy rysunek  pokazuje źródła energii wykorzystywane przez górników na całym świecie.

Obecnie Chiny nie są już uwzględniane, a świeże dane z Bitcoin Mining Council (BMC) (kolejny obraz) pokazują, że ponad dwie trzecie górników, reprezentujących prawie jedną trzecią hash rate’u sieci, zasila swoje kopalnie z niskoemisyjnych źródeł energii. Ogólnie szacuje się, że globalne górnictwo BTC czerpie aż 56% swojego zapotrzebowania na energię ze zrównoważonych źródeł (energia słoneczna, wiatrowa, wodna, jądrowa, geotermalna i inne “źródła odnawialne”).

Przyjmijmy więc nowy globalny profil górnictwa, w którym wartość intensywności emisji dwutlenku węgla jest na poziomie 280 gramów CO2 na kWh (obliczony w innym artykule Hassa). Spadek ten jest wynikiem przeniesienia dużej części sieci z węgla na gaz. Ta zmiana obniżyła intensywność emisji dwutlenku węgla o jedną trzecią.

Od czasu chińskiego exodusu, intensywność emisji dwutlenku węgla bitcoina spadła o jedną trzecią, z 419 do 280. Głównie w wyniku przejścia z węgla na znacznie czystszy gaz ziemny. Porównanie bitcoina do globalnej produkcji pierwotnej energii pokazuje, że emituje on o prawie połowę mniej CO2. Z kolei w porównaniu do światowej sieci energetycznej, wypada o 40% lepiej.

Teraz, gdy wiemy, że bitcoin emituje 280 g CO2 na kWh (lub 0,28 megaton [Mt] CO2 na TWh), i że zużywa 79 TWh rocznie, można szybko obliczyć poziom emisji, który wynosi 22,1 Mt CO2 rocznie.

Zużycie energii: bitcoin vs budownictwo

Globalny Sojusz Narodów Zjednoczonych na rzecz Budynków i Budownictwa (Global ABC) dostarcza szczegółowych danych na temat sektora budowlanego w swoim corocznym raporcie “Global Status Report for Buildings and Construction”. Poniższy rysunek pochodzi z tego raportu (z 2020 roku) i jest oparty na danych z “World Energy Statistics and Balances Database” Międzynarodowego Stowarzyszenia Energetycznego (IEA) oraz raportu “Energy Technology Perspectives”.

Raport “Energy Technology Perspectives” podaje, że:

W 2019 roku zużycie energii pierwotnej na świecie osiągnęło 14 400 milionów ton ekwiwalentu ropy naftowej (Mtoe)” (strona 36), oraz że w 2019 r. na świecie odnotowano 33 gigatony (Gt) gazów cieplarnianych (GHG) związanych z wytwarzaniem energii z paliw kopalnych (strona 49). Oczekuje się przy tym, że dzięki COVID w 2020 r. emisja gazów cieplarnianych spadnie do 30,6 Gt (strona 50). GHG są również produkowane przez wytwarzanie energii z paliw niekopalnych, a całkowita światowa emisja CO2 w 2019 r. wyniosła 36 440 (Mt).

Aby być konserwatywnym, załóżmy, że ONZ przyjmuje wartość 33 Gt podaną przez IEA. W związku z tym, 38% emisji jest równe 12,540 Mt CO2. Global ABC ONZ stwierdza, że:

Globalne końcowe zużycie energii na eksploatację budynków wyniosło około 130 EJ [eksadżuli] [około 36111 TWh], co stanowi około 30% całkowitego zużycia końcowego, oraz kolejne 21 EJ [około 5833 TWh] na budynki i budownictwo lub 5% całkowitego zapotrzebowania (strona 20).

Jakie liczby możemy zatem wyciągnąć z powyższych danych? Po pierwsze, ustalmy jednolite jednostki “terawatogodzin (TWh)” dla zużycia energii i “megaton ekwiwalentu CO2” (MtCO2e) dla emisji dwutlenku węgla. W związku z tym, 1 megatonna ekwiwalentu ropy naftowej (Mtoe) odpowiada 11,63 TWh, 1 kwadrans brytyjskiej jednostki termicznej (BTU) odpowiada 293,07 TWh, a 1 EJ odpowiada 277,777 TWh.

W tym miejscu robi się trochę bałagan i dlatego porównania są bezużyteczne. “Oficjalne” dane środowiskowe są bowiem zawsze nieprzejrzyste, niespójne, a czasami wprowadzają w błąd. W tym samym raporcie IEA podaje, że podaż energii pierwotnej wyniosła 14,400 Mtoe, czyli 167,472 TWh. Później, na stronie 159, stwierdza jednak:

Eksploatacja sektora budynków – w tym mieszkań, biur, sklepów, hoteli, szkół oraz innych obiektów publicznych i komercyjnych [ale bez uwzględnienia budowy tych obiektów] – odpowiada dziś bezpośrednio i pośrednio za 30% energii końcowej zużywanej na całym świecie, czyli około 3 100 Mtoe, włączając w to prawie 55% globalnego zużycia energii elektrycznej.

Zauważyłeś subtelną różnicę? Zaczyna się od liczb produkcyjnych, jednak dla mocniejszej narracji przechodzi na liczby konsumpcyjne – im większa liczba, tym większe zło. 3,100 Mtoe to tylko 36,053 TWh, co stanowi zaledwie 21,5% globalnej produkcji energii. Jeśli robisz sobie w głowie obliczenia i zastanawiasz się, jak to możliwe, że sektor budowlany zużywa 21,5% produkowanej na świecie energii, ale jednocześnie 30% zużywanej na świecie, to na 100% słusznie doszedłeś do wniosku, że prawie jedna trzecia tego, co produkujemy, nie jest w ogóle zużywana i po prostu się marnuje.

Gwoli ścisłości, w raporcie IEA “Key World Energy Statistics 2020” wykazano, że tylko 9,938 Mtoe energii zostało skonsumowane (strona 34) z 14,282 Mtoe dostarczonych (strona szósta). Oznacza to, że 30,41%, 14,344 Mtoe, czyli 50,520 TWh, jest marnowane.

Kiedy samo marnotrawstwo może zasilić sieć bitcoina ponad 639 razy, to właśnie w tym momencie cała debata na temat zużycia energii przez bitcoina powinna się zakończyć.

Trochę to wszystko zagmatwane, dlatego poniżej znajdują się jedynie surowe liczby:

• Budynki niemieszkalne: 9,330 TWh
• Budynki mieszkalne: 26,481 TWh
• Budownictwo: 5,833 TWh
• Całkowite zużycie energii w sektorze: 40,830 TWh
• Bitcoin: 79TWh, czyli 0,19% przemysłu budowlanego
• Całkowita emisja sektora: 12,735 MtCO2
• Bitcoin: 22,1 Mt CO2 lub 0,18% sektora budowlanego
• Intensywność emisji dwutlenku węgla w sektorze: 330,6 g na kWh (około 20% bardziej intensywnie niż bitcoin)

Zużycie energii: bitcoin vs transport

W tym przypadku, po raz kolejny dane nie są zbyt dokładne. Można by się spodziewać, że IEA, agencja skupiona na energii, dostarczy szczegółowych danych na temat takich rzeczy jak zużycie energii w przemyśle transportowym. Niestety, wszystko co mogą dla nas zrobić, to przedstawić emisje dwutlenku węgla dla poszczególnych podsektorów i ogólne zużycie energii wynoszące “28% światowej energii” (około 32 600 TWh).

Chociaż jest to prawdopodobnie dość ważna wiedza dla ekologów, miło byłoby mieć również dane dotyczące TWh. Oto dane dotyczące emisji z sektora transportu, w Mt CO2, z wielkością podsektorów przedstawioną jako procent.

• Pasażerskie pojazdy drogowe (w tym autobusy): 3 643 (45%)
• Towarowe pojazdy drogowe: 2,406 (29.7%)
• Transport morski: 858 (10.6%)
• Lotnictwo: 937 (11.6%)
• Kolej: 78 (1.0%)
• Inne: 174 (2.1%)
• Całkowita emisja: 8,096 Mt CO2
• Bitcoin: 22,1 Mt CO2, czyli 0,28% przemysłu transportowego

Jeśli chodzi o bardziej konkretne informacje dotyczące energii, Amerykańska Agencja Informacji Energetycznej (EIA) w raporcie “2016 International Energy Outlook” na stronie 127, przedstawiła następujące dane:

EIA dostarczyła również informacji o podsektorach na stronie 131, z których wynika, że procentowe zużycie energii i procentowy udział emisji są dość podobne. Przykładowo, pojazdy drogowe są odpowiedzialne za 46% zużycia energii w transporcie i 45% emisji. Transport lotniczy jest odpowiedzialny za około 12% zużycia energii i 11,6% emisji. Wynika to z faktu, że większość paliw ropopochodnych ma bardzo podobny wpływ na siebie, co szczegółowo wyjaśnimy na końcu tego rozdziału.

Wykorzystując powyższe wskaźniki oraz całkowite zużycie energii w sektorze wynoszące 118 quad BTU w 2020 r., czyli 34,582 TWh, otrzymujemy następujące dane:

• Lekkie osobowe pojazdy drogowe: 15,424 TWh (44,6%)
• Transport lotniczy: 4,046 TWh (11,7%)
• Autobusy: 1 321 TWh (3,8%)
• Inny transport: 859 TWh (2,5%)
• Towarowe pojazdy drogowe (pojazdy ciężkie i inne samochody ciężarowe): 8 059 TWh (23,3%)
• Transport morski: 4 063 TWh (11,7%)
• Kolej: 793 TWh (2,3%)
• Całkowite zużycie energii: 34,582 TWh
• Bitcoin: 79 TWh, czyli 0,23% przemysłu transportowego
• Intensywność emisji dwutlenku węgla w sektorze: 234 g CO2 na kWh (około 16% mniej intensywnie niż bitcoin, 50% mniej intensywnie niż światowa sieć energetyczna)

Jaki można wyciągnąć z tego wniosek? Nie jest to dobra wiadomość, ale jeśli ładujesz swoją Teslę z amerykańskiej sieci zasilanej gazem ziemnym lub z nieco bardziej ekologicznej średniej sieci światowej, lub w zasadzie z czegokolwiek innego niż własne panele słoneczne, to wcale nie ratujesz świata. Jadąc samochodem spalinowym wyrządzasz o 50% mniej szkody środowisku.

Właśnie obliczyliśmy intensywność emisji dwutlenku węgla w transporcie napędzanym paliwami kopalnymi na 234 g CO2 na kWh w oparciu o dane dotyczące emisji i zużywanej energii z EIA i IEA. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) podaje, że większość produktów ropopochodnych (w tym paliwo lotnicze, benzyna i olej napędowy) charakteryzuje się intensywnością emisji dwutlenku węgla na poziomie od 65 kg CO2 na mmBTU do 75 kg CO2 na mmBTU, czyli od 222 g CO2 na kWh do 256 g CO2 na kWh, co daje nam silne potwierdzenie obliczonej przez nas wartości 234 g CO2 na kWh dla branży transportowej.

Zużycie energii: bitcoin vs opieka zdrowotna

Powszechnie cytowany artykuł z września 2020 r., opublikowany w “European Journal Of Public Health” – “Health Care’s Climate Footprint: The Health Sector Contribution And Opportunities For Action”, pokazuje, że w skali globalnej ślad klimatyczny opieki zdrowotnej odpowiada 4,4% światowych emisji netto. Wynik ten został obliczony na podstawie szczegółowych danych z 43 krajów, w tym trzech największych emitentów: Stanów Zjednoczonych, Unii Europejskiej i Chin, które są odpowiedzialne za ponad połowę całkowitego śladu klimatycznego sektora opieki zdrowotnej. Liczba 4,4% jest oczywiście średnią. Analiza opublikowana przez Lancet wykazała, że branża ta odpowiada jedynie za 3% emisji w Wielkiej Brytanii, natomiast w Stanach Zjednoczonych za 10%, a w Australii 7%.

Jednak 4,4% światowych emisji niekoniecznie odpowiada 4,4% światowego zużycia energii, co właśnie zaobserwowaliśmy na przykładzie przemysłu budowlanego (35% energii w porównaniu z 38% emisji – głównie dzięki wysokiej intensywności produkcji stali i cementu) i transportowego (28% energii w porównaniu z 22% emisji – głównie dzięki znacznie niższej intensywności emisji dwutlenku węgla z paliw płynnych w pojazdach, statkach i samolotach w porównaniu z wykorzystaniem paliw kopalnych do wytwarzania energii elektrycznej).

W jednym z badań stwierdzono, że placówki opieki zdrowotnej (szpitale, przychodnie lekarskie itp.) w USA zużywają 210 TWh energii rocznie. Stanowi to 10,3% całkowitego zużycia energii w sektorze budownictwa komercyjnego w USA. Inna publikacja Lancet, tym razem dotycząca brytyjskiej Narodowej Służby Zdrowia (NHS), pokazuje, że emisja z energii zużywanej w budynkach stanowi jedynie 10,1% całkowitej emisji systemu opieki zdrowotnej. Łańcuch dostaw i zamawiane usługi stanowią kolejne 66%. Flota i podróże służbowe odpowiada za 13,6%. Pozostałe 10,3% pochodzi z gazów anestetycznych, wody i odpadów. Świetnie obrazuje to poniższy wykres:

Dane te nie różnią się zbytnio od międzynarodowych danych, według których łańcuch dostaw odpowiada za 71% emisji.

Ale to wciąż nie prowadzi nas do odpowiedzi, której szukamy: Jak dużo energii zużywa sektor opieki zdrowotnej? Wiemy już, że transport i energia cieplna są znacznie mniej “węglożerne” niż energia elektryczna wytwarzana z paliw kopalnych (odpowiednio około 250 g CO2/kWh w porównaniu z 500 g CO2 na kWh do 1000 g CO2 na kWh). Dlatego najlepsze, co możemy zrobić, to przyjąć średnią światową sieć 487 g CO2 na kWh dla wszystkich pozycji niezwiązanych z transportem i 250 g CO2 na kWh dla pozycji z nim związanych. W ten sposób uzyskujemy łącznie 3,716 TWh energii przy emisji wynoszącej 1,603 Mt CO2 (tj. 4,4% światowej emisji wynoszącej 36,440 Mt CO2). Średnia intensywność emisji dwutlenku węgla wynosi przy tym 431 g CO2 na kWh. Liczba ta pokazuje, że opieka zdrowotna jest bardziej zależna od sieci energetycznej niż transport i spedycja od paliw płynnych. W przeciwieństwie do tego, bitcoin zużywa tylko 2,1% tej energii, emituje tylko 1,4% CO2 i jest o ponad 35% mniej intensywny pod względem emisji dwutlenku węgla.

Zużycie energii: bitcoin vs złoto i finanse

Złoto

Jak wynika z tego artykułu, zestawienie dla przemysłu wydobycia złota, z wyłączeniem dodatkowej rafinacji złota do użytku przemysłowego, jest następujące:

• Całkowite zużycie energii: 265 TWh
• Bitcoin: 79 TWh, czyli 29,8% przemysłu wydobycia złota i jubilerskiego
• Całkowita emisja: 145 MtCO2
• Bitcoin: 22,1 Mt CO2, czyli 15,2% wydobycia złota i przemysłu jubilerskiego
• Intensywność emisji dwutlenku węgla w sektorze: 547 g na kWh (około 95% bardziej intensywne niż bitcoin)

Finanse i ubezpieczenia

Według tego artykułu, sektor finansowy emituje 1,368 Mt CO2 rocznie. Ustalenia te zostały obliczone korzystając z modelu CoolClimate Network (CCN) Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley (UCB). Chociaż model ten nie podaje wprost danych dotyczących zużycia energii, zapewnia on doskonały podział źródeł emisji. Jak pokazano na rysunku poniżej, 80% emisji pochodziło z transportu, a 20% z obiektów i zaopatrzenia. Używając tego samego podejścia, które zastosowane było wcześniej w przypadku opieki zdrowotnej, można przyjąć intensywność emisji węgla na poziomie 250g CO2 na kWh dla transportu i 487g CO2 na kWh dla zaopatrzenia i obiektów.

Wynikający z tego podział energii przedstawia się następująco:

• Transport: 4,377 TWh (88,6%)
• Obiekty: 309 TWh (6,3%)
• Zaopatrzenie: 253 TWh (5,1%)
• Całkowite zużycie energii: 4,939 TWh
• Bitcoin: 79 TWh, czyli 1,6% sektora finansów i ubezpieczeń
• Całkowita emisja: 1 368 MtCO2
• Bitcoin: 22,1 Mt CO2, czyli 1,6% sektora finansowego i ubezpieczeniowego
• Intensywność emisji dwutlenku węgla w sektorze: 277 g na kWh (około 1% mniej intensywnie niż bitcoin)

Podsumowanie

Jak zawsze, liczby mówią same za siebie. Najlepiej więc cały “problem” zużycia energii przez sieć bitcoina przedstawi poniższy wykres:

Kilka zastrzeżeń: Powyższe liczby nie wykluczają się wzajemnie – w praktyce, wszechogarniający sektor budowlany jest rozłożony na większość innych sektorów, tak jak w przypadku różnych sektorów transportu. Wiele z powyższych danych pochodzi z wielu “autorytatywnych”, ale sprzecznych źródeł.

Głównym wnioskiem powinno być to, że narracja o “szkodliwym” bitcoinie jest błędna z punktu widzenia intensywności emisji dwutlenku węgla. Ma on bowiem znacznie mniejszą emisję na kilowat niż finanse, budownictwo, opieka zdrowotna, transport itd. Co więcej, wraz z biegiem czasu sytuacja będzie się tylko poprawiać.