Utilizzando i dati esclusivi del Cambridge Centre for Alternative Finance, forniamo nuovi spunti di riflessione sull’impatto dell’enorme energia utilizzata per estrarre bitcoin – un’attività che consuma la stessa elettricità di un Paese di medie dimensioni.

Nuovi dati rilasciati dai ricercatori dell’Università di Cambridge forniscono le necessarie informazioni sull’impatto del bitcoin sull’ambiente.

Dal 2019, l’estrazione di bitcoin si basa in gran parte su fonti non rinnovabili. Quindi, che cos’è il mining di bitcoin, e perché consuma così tanta energia?

Che cos’è il Bitcoin?

Bitcoin (con la B maiuscola) è un protocollo software aperto e una rete peer-to-peer (P2P) che consente agli utenti di effettuare transazioni online senza affidarsi a intermediari fidati. Il sistema è privo di permessi in quanto opera senza un’autorità centrale, consentendo a chiunque nel mondo di inviare, conservare e ricevere gettoni digitali di valore senza previa approvazione.

Questi gettoni digitali costituiscono la criptovaluta nativa di Bitcoin, il bitcoin (con la b minuscola). Come le altre criptovalute, i bitcoin non hanno un emittente formale e quindi non sono responsabilità di qualcuno. Questo li rende più simili a merci digitali che a valute digitali o altre attività finanziarie.

Tutte le transazioni in Bitcoin sono denominate nell’unità di conto locale, generalmente rappresentata dall’acronimo BTC (o XBT nei ticker di borsa). L’offerta totale di bitcoin è fissata a 21 milioni di BTC, e le nuove unità vengono emesse in modo trasparente nell’ambito del processo di mining secondo un calendario prestabilito. Un bitcoin può essere suddiviso in unità più piccole: l’unità di base più piccola è chiamata satoshi, con un bitcoin equivalente a 100 milioni di satoshi.

In cosa si differenzia il Bitcoin dai tradizionali sistemi di pagamento elettronico?

I pagamenti elettronici sono tipicamente abilitati attraverso sistemi chiusi di book-entry, in cui i conti dei clienti sono gestiti centralmente da operatori come banche commerciali o società di carte di credito.

Queste istituzioni agiscono come controllori che esercitano un controllo discrezionale sulla rete di pagamento: ciò include le politiche di accesso (chi può utilizzare il servizio), le procedure di rischio e la conformità (quali azioni possono essere compiute) e la gestione del conto (quali attività e transazioni sono consentite). Di conseguenza, agli utenti può essere negato l’accesso, i conti possono essere chiusi o le transazioni possono essere segnalate e annullate.

Al contrario, Bitcoin è un sistema senza permessi che opera senza un’autorità centrale. Gli utenti sono liberi di utilizzare la rete e di effettuare transazioni senza l’approvazione preventiva di altri. Come nel caso del contante fisico, gli utenti possono effettuare transazioni in modo pseudonimo e mantenere il pieno controllo dei propri fondi (self-custody). Nessun singolo attore può sequestrare unilateralmente i beni, annullare le transazioni o cambiare le regole. Inoltre, la rete Bitcoin opera 24 ore su 24, 7 giorni su 7, ed è per sua natura multigiurisdizionale.

Queste proprietà hanno però dei costi significativi: una rete di grandi dimensioni con ridondanze massicce, limiti di scalabilità e di prestazioni, un coordinamento e un processo decisionale lenti e, soprattutto, un meccanismo di consenso costoso e ad alta intensità energetica.

Che cos’è la blockchain del Bitcoin?

La blockchain Bitcoin è il libro mastro pubblico che registra tutte le transazioni Bitcoin. Si tratta di un database condiviso, gestito collettivamente da decine di migliaia di computer chiamati nodi completi. Il libro mastro è organizzato utilizzando una particolare struttura di dati che raggruppa le transazioni in un blocco di dati collegato crittograficamente al blocco precedente.

Nel corso del tempo, questo processo si traduce in una catena crescente di blocchi che viene estesa da attori speciali chiamati minatori, che aggiungono nuovi blocchi in previsione di ricompense finanziarie.

L’uso di questa specifica struttura di dati garantisce che la manomissione della cronologia delle transazioni (ad esempio la modifica di transazioni passate) venga immediatamente rilevata dagli altri partecipanti alla rete, poiché gli hash dei blocchi collegati non si sommano.

È possibile misurare direttamente il consumo di elettricità dei Bitcoin?

Il consumo reale di elettricità di Bitcoin non può essere misurato direttamente per diversi motivi.

I minatori possono operare sotto pseudonimo senza bisogno di identificarsi. Inoltre, i minatori utilizzano diverse apparecchiature hardware con diverse efficienze energetiche, per le quali non esistono dati di vendita o di distribuzione affidabili.

Le apparecchiature più vecchie possono rimanere inattive nei magazzini per molto tempo, fino a quando l’aumento vertiginoso dei ricavi del mining non giustifichi improvvisamente una temporanea riassegnazione. Esistono differenze significative tra le strutture di hashing in termini di efficienza nell’uso dell’energia (ad esempio, quanta elettricità viene utilizzata per il raffreddamento rispetto al semplice funzionamento delle macchine).

Il consumo di elettricità di Bitcoin può quindi essere solo stimato. Queste approssimazioni si basano su modelli teorici che si fondano su ipotesi specifiche.

Quali sono i fattori che determinano il consumo energetico di Bitcoin?

La redditività prevista del mining (cioè le entrate previste meno i costi) determina se le macchine sono in funzione o inattive. I ricavi dell’attività di mining sono per natura molto volatili, data la loro dipendenza dal prezzo dei bitcoin e dal contesto competitivo dinamico (ad esempio, hashrate fluttuante, livello di difficoltà mobile e commissioni di transazione volatili). I costi operativi sono più prevedibili e determinati principalmente dalle tariffe elettriche.

Pertanto, il consumo energetico di Bitcoin è strettamente legato ai costi finanziari sostenuti per il mining e alla traiettoria prevista del prezzo del bitcoin: l’aumento del prezzo del bitcoin e/o la diminuzione dei costi dell’elettricità portano generalmente a un aumento del consumo di elettricità, poiché l’hardware meno efficiente verrà ripristinato (è vero anche il contrario).

Esiste un limite massimo all’appetito di elettricità del Bitcoin?

In teoria, la produzione totale di energia del mondo costituisce l’unico limite naturale all’appetito energetico apparentemente insaziabile di Bitcoin. In pratica, però, ci sono diversi fattori che pongono un limite alla crescita della domanda di energia di Bitcoin.

Prima di tutto, potrebbe non essere disponibile sul mercato un hardware funzionale sufficiente ad assorbire un aumento significativo di energia. Le apparecchiature più vecchie possono essere usurate o comunque non operative, mentre la produzione di nuove apparecchiature può essere ritardata o bloccata a causa della carenza di chip a livello globale presso le principali fonderie.

In secondo luogo, i minatori sono in concorrenza con altri utenti industriali e residenziali di elettricità, il che riduce il numero di risorse energetiche sfruttabili che sono abbondanti e a basso costo. Ciò include anche lo spazio di hosting limitato disponibile nelle regioni ricche di energia, che potrebbe esaurirsi rapidamente.

In terzo luogo, la domanda di energia della rete Bitcoin è vincolata anche dall’andamento futuro del prezzo dei bitcoin: è ragionevole presumere che esista un limite naturale alla crescita del prezzo, che a sua volta pone un tetto alla spesa per l’elettricità.

È possibile prevedere l’impronta futura di consumo energetico del Bitcoin?

Una previsione credibile della futura domanda di energia di Bitcoin richiede innanzitutto una previsione accurata della futura traiettoria del prezzo di Bitcoin.

Inoltre, l’incertezza sugli sviluppi dell’hashrate e altri fattori di rete complicano ulteriormente la proiezione.

Infine, i progressi tecnologici nell’hardware per il mining possono influenzare i cicli di sostituzione dell’hardware e causare cambiamenti significativi nell’inventario, con nuove macchine ad alta efficienza energetica che sostituiscono hardware più vecchi e meno efficienti. L’unica cosa che si può dire con certezza è che i minatori continueranno a svolgere il loro ruolo fino a quando ci sarà un incentivo economico a farlo, cioè fino a quando rimarrà redditizio.

I watt sono soldi?

Chiunque può essere un minatore di bitcoin. Il mining prevede che i programmi informatici risolvano problemi matematici arbitrari e complessi. Nuovi blocchi di transazioni vengono creati e aggiunti alla rete blockchain.

Il processo di mining richiede 7,56 per 10 alla 22esima potenza (10 seguito da 21 zeri…) di calcoli per aggiungere un nuovo blocco di transazioni. Questo calcolo equivale a trovare un granello di sabbia in 10.000 chilometri quadrati di deserto.

Il mining di Bitcoin consuma elevate quantità di elettricità perché richiede un’elaborazione informatica molto intensiva. Si stima che il bitcoin consumi circa 273 GWh (Gigawatt) al giorno. Ma quanto sono 273 GWh? La ricarica dello smartphone consuma circa 10-20 Wh. Una famiglia composta da una sola persona consuma circa 6,1 kWh al giorno. La città di Tokyo consuma circa 210 GWh al giorno. Il Giappone consuma circa 2,7 TWh (Terawatt) al giorno. Il mondo consuma circa 68,5 TWh al giorno.

Il consumo energetico annuale del mining di bitcoin è superiore al consumo annuale di alcuni Paesi, come il Belgio, le Filippine od il Kazakhistan. Il bitcoin, infatti, consuma circa 100,4 TWH all’anno. I tre Paesi sopracitati circa 85, 90 e 92 TWH all’anno, rispettivamente. Il mining di Bitcoin dipende, per ora, dall'”estrazione” di risorse naturali nel mondo reale.

Qual è il legame tra consumo di elettricità ed emissioni di carbonio?

È essenziale distinguere tra consumo di elettricità e impronta ambientale. Il primo riguarda la quantità totale di elettricità utilizzata dal processo di mining di Bitcoin. La seconda riguarda le implicazioni ambientali del mining di Bitcoin. In definitiva, ciò che conta per l’ambiente non è il livello di consumo di elettricità in sé, ma l’intensità di carbonio delle fonti energetiche utilizzate per generare tale elettricità.

Per esempio, un chilowattora (kWh) di elettricità generato da una centrale a carbone ha un’impronta ambientale sostanzialmente peggiore di un kWh di elettricità prodotto da un parco eolico. Di conseguenza, l’aumento (o la diminuzione) della domanda di energia elettrica non comporta automaticamente un aumento (o una diminuzione) proporzionale delle emissioni di anidride carbonica e di altri gas serra.

Quali fonti di energia utilizzano i minatori di Bitcoin?

I minatori di Bitcoin sono presenti in tutto il mondo e di conseguenza utilizzano un’ampia varietà di fonti energetiche. Un sondaggio del settore nel 2020 ha rilevato che l’energia idroelettrica, il carbone e il gas naturale dominano, ma che i minatori utilizzano anche il petrolio, l’energia nucleare e le fonti rinnovabili (eolica, solare e geotermica) come parte del loro mix energetico.

I minatori possono ricevere elettricità dalla rete locale, che spesso è alimentata da una composizione variabile di fonti energetiche. Possono anche essere collegati direttamente alle centrali elettriche locali (mining off-grid), che sono generalmente alimentate da un’unica fonte di energia.

Quanto è sostenibile il mix energetico di Bitcoin?

Sebbene la divulgazione delle fonti energetiche stia diventando sempre più comune tra le strutture di hashing, l’esatto mix energetico dell’industria del mining di Bitcoin rimane sconosciuto. Diversi studi hanno dimostrato che una quota crescente del consumo totale di elettricità proviene da fonti di energia rinnovabili come l’energia idroelettrica, solare o eolica. Tuttavia, le stime divergono notevolmente, variando da circa il 20%-30% del mix energetico totale a oltre il 70%.

Una possibile spiegazione di queste discrepanze – a parte le differenze metodologiche nelle analisi poi pubblicate – può essere trovata nella natura dinamica del mining di Bitcoin, che fa fluttuare il mix energetico durante l’anno.

Grazie alla relativa mobilità delle apparecchiature di mining, le strutture di hashing possono essere installate in tempi relativamente brevi altrove. Ciò ha portato alcuni minatori a preferire contratti di elettricità off-grid con centrali elettriche in aree remote per le quali i dati disponibili sono scarsi o inesistenti.

Inoltre, in alcuni Paesi sono state osservate migrazioni stagionali tra regioni con profili energetici diversi; in particolare in Cina, dove i minatori si sono riversati dalla provincia settentrionale dello Xinjiang, ricca di carbone, alla provincia sud-occidentale del Sichuan per beneficiare di un surplus di energia idroelettrica a basso costo durante la stagione dei monsoni.

Le stime che non hanno una dimensione temporale non sono in grado di cogliere queste sottigliezze. Tutto ciò che possono fornire è una visione parziale basata su un’unica istantanea in un momento specifico.

Poiché il mix energetico di Bitcoin non è statico, una corretta valutazione ambientale del mining di Bitcoin richiede un monitoraggio e un’analisi continui. Poiché il mercato del mining sta subendo cambiamenti significativi in seguito al giro di vite del governo cinese nel giugno 2021, sono necessarie ulteriori ricerche e dati per valutare come la ridistribuzione globale dell’hashrate influisca sul mix energetico e sull’intensità di carbonio della rete.

Il mining di Bitcoin è un disastro ambientale?

Questa domanda ha indubbiamente scatenato un acceso dibattito da quando il Bitcoin è stato messo sotto osservazione dall’opinione pubblica per il suo enorme consumo di energia, pari a quello di intere nazioni. Il mix energetico gioca un ruolo fondamentale per trovare una risposta definitiva a questa domanda.

Finché non saranno disponibili ulteriori e migliori dati sul mix energetico della rete, le affermazioni forti su entrambi i lati del dibattito dovrebbero essere considerate con cautela.

Un esperimento mentale può fornire una prospettiva alternativa su questa domanda. Quale sarebbe l’impronta ambientale di Bitcoin nell’ipotesi peggiore?

Per questo esperimento, utilizziamo la stima del consumo energetico annualizzato del Bitcoin stesso, che corrisponde a circa 100 TWh, come visto prima. Supponiamo inoltre che tutta questa energia provenga esclusivamente dal carbone (il combustibile fossile più inquinante) e che sia generata in una delle centrali a carbone meno efficienti del mondo (la centrale elettrica di Hazelwood, ormai dismessa, nello stato di Victoria, in Australia).

In questo scenario peggiore, la rete Bitcoin sarebbe responsabile di circa 144 Mt (milioni di tonnellate metriche) di emissioni di anidride carbonica , pari a circa lo 0,40% delle emissioni totali annue del pianeta.

Va notato che questo calcolo non include l’impronta di carbonio dell’intera catena di fornitura dell’hardware, dalla produzione alla consegna, né i rifiuti elettronici generati dallo smaltimento dei vecchi modelli.

Esistono iniziative per rendere Bitcoin più ecologico?

Di recente, nell’ecosistema Bitcoin sono emerse diverse iniziative private per affrontare le crescenti preoccupazioni in materia di sostenibilità. Alcune si concentrano sulla trasparenza dell’industria mineraria attraverso nuovi dati e approfondimenti. Altre introducono impegni per i membri del settore minerario a decarbonizzarsi attivamente entro una data futura.

Molte società minerarie quotate in borsa hanno già fatto da apripista divulgando informazioni sulle strutture, sui mix energetici e sugli sforzi di sostenibilità. Alcune imprese Bitcoin non minerarie, come i gestori di patrimoni e le borse valori, hanno già iniziato a compensare le proprie emissioni con crediti di carbonio.

Questi sforzi combinati hanno portato a una maggiore consapevolezza ambientale nel settore, spingendo le società minerarie a rivedere le loro strategie di approvvigionamento energetico con maggiore attenzione, ed a prendere provvedimenti per ridurre la loro impronta di carbonio.

La spinta maggiore alla decarbonizzazione, tuttavia, potrebbe arrivare in ultima analisi dal lato degli investitori.

Gli investitori istituzionali e i fornitori di servizi sono sempre più vincolati a regole e requisiti ESG rigorosi. Ciò solleva dubbi sul fatto che il Bitcoin possa essere considerato un investimento conforme, il che determina i futuri afflussi di fondi nell’ecosistema.

Alcuni hanno suggerito che queste considerazioni rappresentano una minaccia potenzialmente esistenziale per i minatori, creando così un naturale incentivo finanziario per l’industria a decarbonizzarsi attivamente. Altri dubitano dell’efficacia di un approccio puramente orientato al mercato, e chiedono ulteriori risposte politiche.