Het CO2-prijskaartje van Bitcoin

For the English version, click here

In mei 2021 laat Elon Musk via een tweet [1] weten dat Tesla niet langer Bitcoins accepteert voor aankopen bij het bedrijf. Het besluit wordt gedreven door het aandeel van Bitcoin in de wereldwijde CO2-uitstoot. Hoewel de populariteit van Bitcoin toeneemt, wordt de munt bekritiseert op het vlak van duurzaamheid. In dit artikel duiken we in de duurzaamheid van Bitcoin. 

Back to the basics

Om te beginnen is het van belang om te begrijpen waarom Bitcoin energie verbruikt. Het is namelijk verkeerd om te stellen dat individuele transacties zorgen voor het hoge energieverbruik. 

Bitcoin is een gedecentraliseerde cryptomunt. Dit betekent dat er geen centrale partij is die het netwerk beheert. In plaats daarvan bestaat het netwerk uit een grote groep van computers die met elkaar in verbinding staan. Het ontbreken van een centrale partij brengt enkele voordelen met zich mee, maar roept ook de vraag op wie transacties binnen het netwerk verifieert. Als niemand transacties verifieert,  dan zouden personen bijvoorbeeld hun Bitcoins meerdere keren uit kunnen geven. Om dit te voorkomen, moet er binnen het Bitcoin netwerk consensus zijn over één logboek met alle transacties (de blockchain). Hieruit blijkt duidelijk of iemand zijn Bitcoins al heeft uitgegeven. Tevens zullen er op deze manier geen onvolledige of alternatieve logboeken voor waar aangenomen worden door het netwerk. 

Bitcoin transacties worden aan de blockchain toegevoegd in zogenaamde transactieblokken. Om ervoor te zorgen dat iedereen dezelfde blockchain voor waar aanneemt, wordt de langste blockchain gezien als de “echte” blockchain. Een blockchain waaruit een blok met transacties is verwijderd, zal dus nooit voor waar worden aangenomen. Verder is het de bedoeling dat de blokken crypto grafisch op elkaar aansluiten, waardoor het meteen opvalt als één van de blokken door een aanpassing niet meer aansluit. Hierdoor kunnen kwaadwilligen alleen de blockchain manipuleren als ze zowel het beoogde blok als alle latere blokken aanpassen. 

Bovendien maakt Bitcoin gebruik van de zogenaamde proof-of-work methode, waardoor het toevoegen van nieuwe blokken veel energie kost. Dit werkt als volgt. Een nieuw blok met transacties kan alleen aan de blockchain worden toegevoegd als het de oplossing van een wiskundige puzzel bevat. Deze puzzel verandert per nieuw blok dat wordt toegevoegd aan de blockchain en de oplossing is enkel via trial-and-error rekenwerk te vinden. Computers die zoeken naar deze oplossing gebruiken rekenkracht en daarmee elektriciteit. Deze activiteit wordt ook wel mining genoemd en de deelnemers miners. De miner die als eerste de juiste oplossing vindt, mag een nieuw blok met transacties toevoegen aan de blockchain. Hij of zij krijgt hiervoor een beloning in (nieuwe) Bitcoins. De hoedanigheid van de puzzel zorgt ervoor dat ongeveer iedere tien minuten een nieuw blok in de blockchain wordt geschreven. Door de tijd- en energiekosten maakt de proof-of-work methode het vervalsen van blokken erg lastig én onrendabel. 

Kortom zorgt de proof-of-work methode, samen met de verbinding tussen de blokken, voor een sterke beveiliging van de Bitcoin blockchain. Tegelijkertijd is energieverbruik noodzakelijk voor deze beveiliging. Door de toenemende waarde van Bitcoins is mining een lucratieve activiteit geworden. Het heeft geleid tot een businessmodel waarin bedrijven met vele computers deelnemen in mining en op deze manier de Bitcoin beloning proberen te bemachtigen.

“Nederland verbruikte in 2020 ongeveer 111 TWh aan elektriciteit. Dit is dus minder dan het Bitcoin netwerk van vandaag de dag.”

Ter vergelijking

Nu de oorzaak van het energieverbruik besproken is, kunnen we ons richten op de hoeveelheid. Op het online platform Digicomist houdt de Nederlandse Alex de Vries een Bitcoin Energy Consumption Index [2] bij. Op 15 september 2021 werd het jaarlijkse energieverbruik van Bitcoin op 162 TWh geschat. In april 2018 was dit nog slechts 62 TWh [3]. Om deze cijfers verder in perspectief te stellen: Nederland verbruikte in 2020 ongeveer 111 TWh aan elektriciteit [4]. Dit is dus minder dan het Bitcoin netwerk van vandaag de dag. De Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI) [5] schat de jaarlijkse consumptie van Bitcoin echter wat lager in, namelijk op 98 TWh. Hierbij is het ook goed om te beseffen dat het Nederlandse elektriciteitsverbruik van 111 TWh slechts 15% van het totale energieverbruik omvat [6]. We gebruiken bijvoorbeeld ook energie voor vervoer en warmte. De CBECI raamt Bitcoin’s aandeel in het mondiale energieverbruik op 0,08%. 

Naast Bitcoin is Ethereum een andere cryptomunt met een relatief hoog energieverbruik. De Ethereum Energy Consumption Index [7] schat het huidige energieverbruik op 71 TWh per jaar. Dit is vergelijkbaar met het elektriciteitsverbruik van Tsjechië en Colombia. Samen zouden Bitcoin en Ethereum jaarlijks meer elektriciteit gebruiken dan Zuid-Afrika. 

Op zoek naar de goedkoopste bron

Het elektriciteitsverbruik van Bitcoin zou wellicht geen probleem zijn als er bij het opwekken van de elektriciteit geen CO2-uitstoot plaats zou vinden. Echter, uit CBECI cijfers blijkt dat slechts 39% van de Bitcoin miners draait op duurzame energie. Wereldwijd is de CO2-uitstoot van het Bitcoin netwerk vergelijkbaar met dat van landen zoals Jordanië en Sri Lanka [8]. Desondanks zullen miners niet gemotiveerd zijn om te kiezen voor duurzame energiebronnen zolang dit leidt tot hogere elektriciteitsprijzen. Goedkope energiebronnen zijn namelijk van belang om de winst uit de mining activiteiten te maximaliseren.

Om de kosten laag te houden wijken Bitcoin miners uit naar verschillende energiebronnen. Zo kocht de startup StrongHold in de Verenigde Staten een oude steenkolenmijn om het achtergebleven afval te verbranden voor de stroomvoorziening van hun mining activiteiten. De verbranding vindt plaats onder het mom van “milieuvriendelijk”, omdat het water- en grondvervuiling zou voorkomen, maar de extra CO2-uitstoot blijft een feit [9]. In China maakt men veelvuldig gebruik van de waterkrachtcentrales in de provincie Sichuan. Tijdens het regenseizoen wekken de waterkrachtcentrales veel elektriciteit op, wat leidt tot lagere prijzen. Doordat het business model van miners relatief mobiel is, kunnen ze hun activiteiten in deze maanden naar Sichuan verplaatsen. In 2020 deden miners dit massaal, waardoor zo’n 50% van de Chinese miners zich in de piekmaanden in Sichuan bevond. In de andere maanden lag dit percentage rond 15%. Dat Bitcoin miners zich sowieso graag vestigen in China blijkt wel uit de cijfers van de CBECI. In april 2021 bevond 46% van de miners zich in China. Enkele maanden daarvoor was dit zelfs meer dan 67%. Echter, deze overmacht is binnenkort verleden tijd en de wereldwijde verhoudingen zullen veranderen. Eind september kondigde de Chinese overheid namelijk een verbod op crypto transacties en mining activiteiten aan, deels omdat men vreesde de nationale klimaatdoelen niet te halen [10].  

Alternatieven

In het streven naar een CO2-neutrale economie worden er altijd ideeën geopperd voor meer klimaatvriendelijke alternatieven. Één van de initiatieven tegen de CO2-uitstoot van cryptomunten is het Crypto Climate Accord.  Met dit akkoord willen de initiatiefnemende organisaties de wereldwijde crypto industrie voor 2030 klimaatneutraal maken. Het akkoord wordt gesteund door verschillende organisaties, waaronder KPMG. Toch waarschuwt Alex de Vries, oprichter van de Digicomist, dat een dergelijk akkoord niet voldoende zal zijn om miners weg te houden van goedkope maar vervuilende energiebronnen. [11]

Als het niet lukt om miners te verleiden richting duurzame energiebronnen, kunnen we de oplossing ook in een andere hoek zoeken. Een voorbeeld hiervan is het gebruik van meer energie-efficiëntere methodes voor cryptomunten. Een manier om dit te doen is het vervangen van de proof-of-work methode door een proof-of-stake consensus mechanisme. Binnen de proof-of-stake methode zijn er geen miners, maar validators. Op basis van een aantal factoren, waaronder het aantal munten dat iemand vastzet, wordt één node in het netwerk gekozen om de validator voor het volgende blok te zijn. Deze validator controleert de transacties in het blok en ontvangt de transactiekosten van het blok als beloning. Doordat er bij deze vorm van consensus geen rekenwerk komt kijken, verbruikt het netwerk aanzienlijk minder energie dan bij de proof-of-work methode. Toch is ook de proof-of-stake methode niet vrij van nadelen. Een potentieel nadeel is de selectie van validators op basis van het aantal munten dat ze vastzetten. Deelnemers met veel munten zouden hierdoor (te) veel macht kunnen krijgen. Daarnaast zou deze manier van selecteren het betalen met cryptomunten kunnen ontmoedigen. Cardano, Polkadot en Solana zijn enkele cryptomunten die proof-of-stake toepassen. Bovendien heeft Ethereum plannen om de methode te hanteren voor Ethereum 2.0. 

Al met al hebben we gezien dat elektriciteitsverbruik onlosmakelijk is verbonden  aan de wijze waarop het Bitcoin netwerk werkt. Echter, dit geldt niet voor de CO2-uitstoot waarmee het elektriciteitsverbruik momenteel gepaard gaat. En met een percentage van slechts 39% aan duurzame energie is er genoeg ruimte voor verbetering in de toekomst.