Vplyv ťažby kryptomien na životné prostredie

Ťažba kryptomien, konkrétne PoW (Proof-of-Work) ťažba, ktorú využíva najmä ťažba kryptomeny Bitcoin (BTC), je navrhnutá tak, aby spotrebovala obrovské množstvo energie. Tento proces efektívne zahŕňa milióny výpočtových strojov, ktoré sa snažia vyriešiť zložitý, no nezmyselný problém.

Odhady spotreby elektriny pri ťažbe kryptomien v Spojených štátoch zhora nadol naznačujú, že toto odvetvie bolo zodpovedné za prebytok 27,4 mil. ton oxidu uhličitého (CO2) v období od polovice roku 2021 do roku 2022 – alebo trikrát toľko, ako vyprodukovali najväčšie uhoľná elektráreň v USA v roku 2021.

Ťažiari kryptomien získavajú elektrinu 4 rôznymi spôsobmi:

 Priamy nákup elektrární, ktoré dodávajú ťažobné súpravy „behind-the-meter“.
 Zmluvy o nákupe energie s výrobcami energie alebo verejnými službami.
 Nákup elektriny od miestnej siete.
 Spálením plynu v ropných a plynových vrtoch.

Každý typ ťažby produkuje nadmerné emisie a ovplyvňuje elektrinu a spotrebiteľov energie.

Skúmanie spotreby elektrickej energie v rámci Proof-of-Work (PoW) 
Spotreba elektrickej energie pri použití proof-of-work je v najlepšom čase spornou témou. Globálna energetická kríza však núti blockchainovú komunitu hľadať udržateľné alternatívy zdrojov elektriny na ťažbu kryptomien. Spotreba energie na ťažbu kryptomien má tendenciu rásť s rastom blockchainových sietí, najmä pri blockchainoch s overenými prevádzkami. V súlade s tým sa zdá, že blockchainová komunita sa zahrieva na alternatívne mechanizmy konsenzu, ako je proof-of-stake.

Bitcoin blockchain rastie exponenciálne. Spotreba elektrickej energie na základe dôkazu o práci (PoW) tak prevyšuje spotrebu v niektorých krajinách. Spotreba elektriny na ťažbu kryptomien len pre bitcoiny je zhruba ekvivalentná poľskej. Napriek niekoľkým iniciatívam na zníženie environmentálnej stopy spotreby energie pri ťažbe kryptomien je proces uvedenia nového bitcoinu do obehu stále drahý a energeticky náročný. Okrem toho, spotreba elektrickej energie proof-of-work sa s najväčšou pravdepodobnosťou zvýši s rastom bitcoinového blockchainu. Čo teda robí ťažbu bitcoinov tak drahou? Čo môžeme urobiť, aby sme znížili spotrebu energie pri ťažbe kryptomien?

Skúmanie spotreby elektrickej energie v rámci Proof-of-Stake (PoS) 
Mnohí v tomto odvetví vnímajú mechanizmus konsenzu proof-of-stake (PoS) ako udržateľnú alternatívu ku konsenzu proof-of-work (PoW). Namiesto spoliehania sa na energetický výdaj PoW je proces výberu validátora PoS náhodný. Účastníci siete sa môžu stať validátormi a zabezpečiť sieť vkladaním kryptografických aktív a ich uzamknutím na určitý čas. To im dáva právo overiť transakcie a získať príslušné odmeny za ich prínos do siete.

Zatiaľ čo blockchainy PoW sa pri overovaní blokov spoliehajú na jeden validátor, blockchainy PoS využívajú viacero validátorov. Namiesto súťaženia o právo overovať bloky, sieť zdieľa zodpovednosť. Nielenže to eliminuje nadmerný výdaj energie, ale tiež znižuje dopad útokov. Okrem toho konsenzus PoS vyžaduje oveľa menej výpočtovej práce ako PoW, pokiaľ ide o overovanie transakcií.

Spotreba materiálu pri ťažbe kryptomien 
Na rozdiel od tradičných bánk vedie kryptomena Bitcoin záznamy o zostatkoch a transakciách na digitálne uložených „blokoch“ v reťazci, ktorý je vedený sieťou rovesníkov. Pomocou neuveriteľne výkonných počítačov sú ťažiari bitcoinov požiadaní, aby vyriešili sériu matematických hádaniek a problémov s cieľom overiť predchádzajúce transakcie.

Prvý počítač, ktorý vyrieši túto hádanku, získa právo pridať do reťazca ďalší blok údajov. Táto osoba je potom odmenená bitcoinom za overenie transakcií a udržanie blockchainu v bezpečí. Zakaždým keď dôjde k bitcoinovej transakcii, sú na dokončenie týchto hádaniek poháňané stovky, ak nie tisíce ťažobných zariadení.

Zariadenie na ťažbu bitcoinov je ultra výkonný počítač zložený z grafickej procesorovej jednotky (GPU), centrálnej procesorovej jednotky (CPU), pevného disku (HDD) a jednotky na generovanie energie. Na napájanie viacerých GPU potrebných pre jednu ťažobnú súpravu musí jednotka na výrobu energie vytvárať obrovské množstvo energie.

Zariadenia na ťažbu bitcoinov nevyžadujú iba 1 GPU, väčšinu času ľudia používajú kdekoľvek od piatich do desiatich GPU na zariadenie. Samotné drahé kovy na výrobu počítačových komponentov sa ťažia fyzicky a majú svoj vlastný rad odpadu, ktorý každý z nich vytvára. Medzi hlavné materiály potrebné pre CPU a GPU patrí kremík, meď, hliník a plasty. Zliatina hliníka a horčíka sa používa spolu s prvkami ako kremík, meď a zinok na dokončenie vytvárania mnohých počítačových častí, ako sú pevné disky (HDD) a disky SSD. Ak by sa magnety, hliník a iné suroviny správne recyklovali, mohli by sa zmeniť účel a efektívne využiť. Namiesto toho skončia na skládkach alebo sa predajú tomu, kto ponúkne najvyššiu ponuku.

Vplyv na životné prostredie 
Sieť Bitcoinu sa pri spúšťaní zložitých matematických rovníc spolieha na skupiny počítačov po celom svete. Tieto výpočtové centrá sa správajú viac-menej ako „baníci“ v doslovnom zmysle a skôr ako strážcovia siete, ktorí sa používajú na bezpečnosť a stabilitu. Tento proces, známy ako dôkaz o práci, je energeticky náročný už v štádiu návrhu, aby sa zabránilo hackom a útokom.

Zástancovia kryptomien tvrdia, že proces overovania práce sa stáva energeticky efektívnejším, že čoraz viac ťažiarov sa obracia na obnoviteľné zdroje energie, ako je veterná, solárna alebo vodná energia, na rozdiel od uhlia alebo zemného plynu. Jedna recenzovaná štúdia zo začiatku tohto roka však ukazuje opak: že využívanie obnoviteľnej energie v bitcoinovej sieti kleslo z priemerných 42 % v roku 2020 na 25 % v auguste 2021. Vedci sa domnievajú, že hlavným dôvodom tohto poklesu bol čínsky zásah proti kryptomenám, kde boli ťažobné operácie poháňané vodnou energiou.

Spotreba energie 
Neexistuje žiadny priamy spôsob, ako vypočítať, koľko energie sa spotrebuje na ťažbu Bitcoinov a kryptomien, pretože ťažiarom kryptomien sa môže stať v podstate hocikto a hocikde, kde má prístup k internetu a elektrickej sieti. Avšak, toto číslo možno odhadnúť zo siete a spotreby komerčne dostupných ťažobných zariadení. Napríklad cambridgeský index spotreby elektrickej energie Bitcoinov odhaduje, že Bitcoin, najrozšírenejšia sieť kryptomien, použila v mieste výroby odhadom 120 – 140 TWh za rok. To je približne 0,25 – 0,4 % z toho, čo sa stratí a nie z toho, čo sa celkovo vyrobí.

Vplyv na globálne otepľovanie 
Podľa Daniela Battena klimatického, technologického investora, autora, analytika a environmentálneho aktivistu, ťažba Bitcoinu môže pomôcť zmierniť vplyv na globálne otepľovanie vďaka zníženiu produkcie metánu.

Program OSN pre životné prostredie (UNEP) hovorí: „Znižovanie metánu je najsilnejšou pákou, ktorú máme na spomalenie zmeny klímy v nasledujúcich 25 rokoch.“ Minuloročný prieskum NASA ukázal, že úroveň metánu v atmosfére je dnes o viac ako 160 percent vyššia ako predindustriálna úroveň.

Metán v atmosfére z ľudskej činnosti pochádza najmä z troch zdrojov: ropného a plynárenského priemyslu, skládok a poľnohospodárstva zvierat. Ropné polia emitujú metán, keď sa počas ťažby uvoľňuje zemný plyn. Pretože ropné polia sú zvyčajne veľa kilometrov od plynovodu alebo elektrizačnej sústavy, neexistuje žiadny ekonomický spôsob, ako tento plyn využívať, takže sa zvyčajne plytvá jeho spaľovaním. Problém je v tom, že spaľovanie nie je 100% účinné. Iba 92% z neho sa premení na oxid uhličitý. Zvyšok ide do atmosféry nespálený a je zodpovedný za 1,7% emisií skleníkových plynov.

Skládky sú ešte väčším problémom. Opäť platí, že väčšina skládok je príliš ďaleko od siete alebo plynovodu na to, aby bolo možné tento plyn využívať, takže opäť sa len spáli. Okrem toho, že je to horšie, nedávna štúdia (EPA, 2022) ukázala, že 70% skládok v USA odvádza svoj metánový plyn priamo do atmosféry.

Jednou z možností zníženia emisií metánu je, že na mieste skládky je nainštalované zariadenie, ktoré bezpečne odstraňuje toxické emisie zo skládkových plynov. Ďalej sa výsledný metánový plyn spaľuje a generátor premieňa túto tepelnú energiu na elektrickú energiu, ktorú používa mobilná jednotka na ťažbu Bitcoinov na mieste. Ťažiace jednotky Bitcoinov môžu fungovať na mieste, nepotrebujú žiadny plynovod a môžu byť v prevádzke do niekoľkých týždňov od podpísania zmluvy prevádzkovateľom skládky.

Odpad premenený na Bitcoiny 
Satoshi Nakamoto, pseudoanonymný tvorca Bitcoinu, v roku 2010 komentoval: „Je to rovnaká situácia ako pri ťažbe zlata. Náklady na ťažbu zlata sa zvyčajne držia blízko ceny zlata. Ťažba zlata je plytvanie, ale toto plytvanie je oveľa menšie ako úžitok, ktorý vzniká, ak je zlato použité ako prostriedok výmeny. Myslím si, že to bude rovnaké v prípade Bitcoinu. Úžitok z výmen, ktoré budú možné vďaka Bitcoinu, ďaleko prevýšia náklady na použitú elektrickú energiu.“

Ťažiari si uvedomujú fakt, že ťažba Bitcoinov je v niektorých prípadoch neekologická a tak sa snažia hľadať alternatívnej riešenia. Jedným zo zaujímavých prípadov je aj ako Bill Spence, ktorý sa ako malý chlapec hrával na kopách odpadu z uhlia, netušiac, že pod ním sa nachádzajú zdraviu škodlivé ťažké kovy. Ako 63-ročný sa rozhodol tieto kopy odpadu odstrániť a tak prebral kontrolu nad elektrárňou Scrubgrass Generating v okrese Venango, severne od Pittsburghu, ktorá bola špeciálne navrhnutá na spaľovanie odpadu z bitúmenov. Elektrárni sa veľmi nedarilo a po čase ho napadlo zvýšiť produkciu elektrárne, ak by premenil bitumenový odpad na Bitcoiny. V roku 2021 asi 80% 85 000-kilowattového výkonu Scrubgrassu sa v využíva na prevádzku výkonných, energeticky náročných počítačov, ktoré ťažia kryptomeny a overujú Bitcoinové transakcie. Pri vtedajšej cene Bitcoinu 40-50-tisíc USD, elektráreň vytvorí odhadom 20 centov a viac za kilowatthodinu z ťažby Bitcoinu. K tomu od štátu Pensylnvánia dostáva daňové úľavy v prepočte približne dvoch centov na kWh.

Elektronický odpad 

Na ťažbu kryptomien sa používa tzv. ťažobný počítač. Dnes na najčastejšie používajú integrované čipy so špecifickým aplikačným určením (Application Specific Integrated Circuit - ASIC), ktoré sú navrhnuté len s jedným cieľom. Ten však môže byť rôznorodý, od audio processingu až k telefónnemu hovoru. V prípade ťažby kryptomien sú tieto čipy vložené do špecificky navrhnutých základných dosiek a spolu so zdrojom sú zostavené do jednej výpočtovej jednotky. Všetko je navrhnuté a vyvinuté na úrovni tranzistorov.

Ťažiari prvej generácie používali procesory v bežných osobných počítačoch, ktoré dosahovali výpočtový výkon menší ako 0,01 gigahashov za sekundu (GH/s). V súčasnosti sa tieto procesory nepoužívajú a prevládajú stroje s 0,1-25 GH/s.

Pri ťažbe sa okrem problému s energiou stretávame aj s problémom elektronického odpadu. Priemerná životnosť ťažiaceho stroja je 1,5 roka, čo znamená, že pri zvyšujúcej sa energetickej náročnosti na tieto stroje je potrebné obmeniť za výkonnejšie. Čo zároveň zo starších robí automatický elektronický odpad, pretože ASIC minery je možno použiť len na jeden účel - ťažba kryptomien. Vzhľadom na túto problematiku vznikol aj Bitcoinový elektronický monitor odpadu, ktorý poskytuje prehľad o množstve elektronického odpadu vyprodukovaného Bitcoinovou sieťou.

Je dôležité poznamenať, že metóda použitá na posúdenie vzniku elektronického odpadu v Bitcoinoch zohľadňuje len výstup elektronického odpadu pochádzajúceho z likvidovaných ťažobných zariadení. Ďalšie zariadenia prítomné v ťažobných zariadeniach, ako je chladenie, spolu s transakciami neboli zohľadnené.

V mesiaci november roku 2022 je elektronický odpad z ťažby Bitcoinu na úrovni približne 43,73 kíl ton odpadu za rok, čo môžeme prirovnať k elektronickému odpadu v Holandsku. Taktiež vieme, že celosvetová produkcia elektronického odpadu je za rok 2021 na úrovni 57,4 miliónov.

Ako už vieme Bitcoin sa neťaží len v Holandsku ale celosvetovo, preto môžeme porovnať produkciu elektroodpadu Bitcoinu s celosvetovou produkciou elektroodpadu, čo predstavuje 0,0767 %.

Ťažba kryptomien na Slovensku 
Zo samostatných ťažiarov kryptomien, ktorí boli kedysi „ohrozeným druhom“, je dnes obrovská skupina ľudí po celom svete, o ktorej fungovaní toho okrem problémov s nedostatkom grafických kariet až tak veľa nepočúvame. Zatieňuje ju totiž nekonečné množstvo firiem, pre ktoré je ťažba biznisom a disponujú obrovskými zostavami, s ktorými sa obyčajný človek môže porovnávať len ťažko. 

„Domáce ťaženie“ kryptomien však funguje už dlhé roky, pričom v spojení s veľkým vzostupom kryptomien v posledných rokoch zaujalo aj Slovákov.

Ak sa pozrieme na ekonomickú stránku domácej ťažby kryptomien, tak na jeden ťažiaci rig (6 grafických kariet) vychádzajú náklady približne 3 €/deň, v prepočte 90 €/mes. čo je niečo cez 1000 € ročne. Približný zisk z jednej grafickej karty je 1,5 €/deň (bez počiatočnej investície do techniky). Samozrejme ak je cena ťaženej kryptomeny nízka, tak aj zisky sú nízke až mínusové. Čo je aj hlavným dôvodom, prečo je domáce ťaženie rizikové, keďže nevieme ako sa trh s cenami kryptomien bude vyvíjať.

Referencie 

Životné prostredie
Kryptomeny
Bitcoin