Сколько углекислого газа «генерируют» биткоины



    Не секрет, что для майнинга биткоинов требуются большие вычислительные мощности. Достаточно посмотреть фоторепортаж с майнерской фермы, которая чем-то напоминает дата-центр, только в дешёвом исполнении. При этом сложность вычислений постоянно растёт. Фермы потребляют немало электричества. Интересно, наносит ли биткоин ущерб окружающей среде?

    Автор программы BitcoinEmissions написал код, чтобы вычислить точное значение выбросов CO2 на генерацию 1 BTC. Опубликованный код подходит для Wolfram Mathematica 9.

    Код
    (* https://en.wikipedia.org/wiki/Electricity_generation# Environmental_concerns 40% of world is coal which is 1000.*)
    EnergyEfficiencyDefault := 500 
    (* https://en.bitcoin.it/wiki/Mining_hardware_comparison Based on some recent asic machines.*)
    HashEnergyEfficiencyDefault := 2000
     
    JoulesIn1kWh:= 3600000
    GramsInKilogram := 1000
    
    (* 25 BTC per 10 minutes. http://tradeblock.com/research/bitcoin-101/how-are-bitcoins-created/*)
    BTCPerSecond :=25 /(60 * 10)
    
    FKgOfCO2PerJoule[EEff_]:= (EEff / GramsInKilogram ) / JoulesIn1kWh
    FHashPerSecond[HRate_] := HRate*1000000000
    FHashPerBTC[HRate_] := FHashPerSecond[HRate] / BTCPerSecond
    FHashPerJoule[HEff_] := HEff * 1000000 
    FJoulesPerBTC[HEff_, HRate_] := FHashPerBTC[HRate]  / FHashPerJoule[HEff]
    FKgCO2PerBTC[EEff_,HEff_,HRate_]:= FKgOfCO2PerJoule[EEff] * FJoulesPerBTC[HEff, HRate]
    
    ChartDataLocation := "/Users/rgill/Downloads/chart-data.csv"
    (* Get chart data from http://blockchain.info/charts/hash-rate *)
    HistoricalHashRate = Import[ChartDataLocation, "DateStringFormat"-> {"Day", "/", "Month", "/", "Year", " ", "Time"}];
    
    HistoricalHashRateWithAbsoluteTime=Table[{AbsoluteTime[HistoricalHashRate[[i,1]]],HistoricalHashRate[[i,2]]},{i,Length[HistoricalHashRate]}];
    
    (* We couldn't get an expoential function to fit properly :( . We used this HACK instead.*)
    Model:=Fit[HistoricalHashRateWithAbsoluteTime, {1,x, x^2, x^3, x^4, x^5, x^6, x^7},x]
    
    (* This shows our fitted function of historial hash rates against the real data.
    Show[
    ListPlot[newdata],
    Plot[Model, {x,3.58 * 10 ^ 9,3.805* 10 ^ 9}, PlotStyle->Red],
    PlotRange ->  {{3.58 * 10 ^ 9,3.635* 10 ^ 9},{0,100000000}}
    ]
    *)
    
    HashRateAtT[year_, month_, day_] := Model /. {x ->  {AbsoluteTime[{year,month,day, 0,0,0}]}}
    
    
    Manipulate[
    	FKgCO2PerBTC[EnergyEfficiency,HashEnergyEfficiency,HashRateAtT[Year, Month, 1]]"kg of CO2 per BTC",
    	{EnergyEfficiency,0,1000},{HashEnergyEfficiency,0,5000},{Year,2010,2025, 1},{Month,1,12, 1},
    	Initialization:>(EnergyEfficiency:=EnergyEfficiencyDefault;HashEnergyEfficiency:=HashEnergyEfficiencyDefault; Year:=2014; Month := 1)]
    
    Out[528]= Manipulate[FKgCO2PerBTC[EnergyEfficiency, HashEnergyEfficiency, HashRateAtT[Year, Month, 1]]*"kg of CO2 per BTC", {{EnergyEfficiency, 500}, 0, 1000}, 
      {{HashEnergyEfficiency, 2000}, 0, 5000}, {{Year, 2014}, 2010, 2025, 1}, {{Month, 5}, 1, 12, 1}, 
      Initialization :> (EnergyEfficiency := EnergyEfficiencyDefault; HashEnergyEfficiency := HashEnergyEfficiencyDefault; Year := 2014; Month := 1)]

    При расчёте сделано несколько предположений:

    1. При генерации 1 kWhe высвобождается 500 граммов CO2 (источник, примечание: оценка спорная и вызывает критику экспертов).

    2. Средняя эффективность биткоин-майнеров в системе составляет 200 Mhash/J (источник).

    3. Хэшрейт растёт экспоненциально (для прогноза сложности вычислений в будущем).

    Вычисления показывают, что на 1 мая 2014 года каждый новый биткоин высвобождал около 103 кг CO2. С учётом экспоненциального роста сложности к 1 мая 2015 года этот показатель предположительно вырастет до ≈1602 кг CO2.

    Теперь посчитаем, сколько деревьев нужно посадить, чтобы компенсировать влияние Bitcoin на природу.



    В среднем, одно лиственное дерево в течение своей жизни потребляет около тонны CO2. Это значит, что на сегодняшний день для «компенсации» каждого биткоина нужно посадить полтора дерева.

    1 BTC генерируется примерно каждые 24 секунды (1 блок с 25 BTC выходит каждые 10 минут). Так что нужно садить новое дерево примерно каждые 16 секунд, то есть 5400 деревьев в день.

    Естественно, сразу же хочется сравнить «вред» для окружающей среды Bitcoin с аналогичным показателем для обычных финансовых систем и финансовых бирж. Ведь для производства монет и купюр в физическом виде напрямую расходуются природные ресурсы нашей планеты — бумага и металлы. У биткоина отсутствует этот недостаток.

    Кроме того, для работы фондовых бирж расходуются явно избыточные ресурсы, которые тоже наносят вред природе. Например, прокладываются новые каналы связи, в том числе подводные. Единственное предназначение этих каналов — на несколько миллисекунд сократить пинг между биржами, чтобы ускорить арбитраж сделок.

    А если посчитать, сколько ресурсов ушло на строительство самих зданий банков, денежных хранилищ, физическую транспортировку денег, то ущерб для окружающей среды наверняка превысит показатели Bitcoin.
    Поддержать автора
    Поделиться публикацией

    Комментарии 17

      +7
      Сколько углекислого газа выделил автор за время, пока корпел над скриптом?
        +1
        А если генерировать биткоины используя например АЭС, то значение углекислого газа явно упадет. Ах да если так смотреть по углекислому газу, то можно сравнить с вообще безполезными особо делами, например просуммировать мощность всех геймерских PC в мире, или же приставок, и посчитать сколько деревьев надо посадить, чтобы коменсировать влияние игровой индустрии. Мне кажется у биткоина будет куда меньше.
        +4
        Сколько углекислого газа выделяется коровами, которые идут на medium rare стейки на обеды у top-management'а банков? Насколько бы меньше углекислого газа было выделено в атмосферу, если бы топ-менеджмент банков сажал картошку и её же бы жрал круглый год, с перерывами на самогонку из ботвы той же картошки?
          0
          У вас прямо по Высоцкому:

          Товарищи ученые

          "… Меня обычно просят написать песню о профессии института или учереждения, в которых я бываю. Но не все сразу — профессий знаете как много. Так же как спортивные песни: я все пытаюсь написать про все виды спорта а их, судя по «Спортлото», сорок девять, — я думаю, это очень сложно. Ну, и профессий очень много, поэтому я написал такую всеобъемлющую песню, которая подходит ко всем работникам науки..."

          (Киев, Институт газа АН УССР, 14.11.72 г.)
          Владимир Высоцкий

          Товарищи ученые, доценты с кандидатами.
          Замучились вы с иксами, запутались в нулях.
          Сидите, разлагаете молекулы на атомы,
          Забыв, что разлагается картофель на полях.

          Из гнили да из плесени бальзам извлечь пытаетесь
          И корни извлекаете по десять раз на дню.
          Ох, вы там добалуетесь. Ох, вы доизвлекаетесь,
          Пока сгниет, заплеснеет картофель на корню.

          Автобусом до Сходни доезжаем,
          А там — рысцой. И не стонать!
          Небось картошку все мы уважаем,
          Когда с сальцой ее помять.

          Вы можете прославиться почти на всю Европу, коль
          С лопатами проявите здесь свой патриотизм.
          А то вы всем кагалом там набросились на опухоль,
          Собак ножами режете, а это — бандитизм.

          Товарищи ученые, кончайте поножовщину.
          Бросайте ваши опыты, гидрид и ангидрид.
          Садитесь на автобусы, валяйте к нам в Тамбовщину,
          А гамма-излучение денек повременит.

          Автобусом к Тамбову подъезжаем,
          А там — рысцой. И не стонать!
          Небось картошку все мы уважаем,
          Когда с сальцой ее помять.

          К нам можно даже с семьями, с друзьями и знакомыми.
          Все ловко здесь разместимся, сами скажете потом,
          Что бог мол с ними с генами, бог с ними с хромосомами
          Мы славно поработали и славно отдохнем.

          Товарищи ученые, Эйнштейны драгоценные,
          Ньютоны ненаглядные, любимые до слез.
          Ведь лягут в землю общую остатки наши бренные,
          Земле ведь все едино — апатиты и навоз.

          Накроем стол скатеркою. Валяйте, ешьте пальцами.
          Хоть вы там создаете синтетический белок.
          Но он такой невкусный. Мы ж вас накормим яйцами,
          Дадим с собой картофеля, хоть сумку, хоть мешок.

          Для вас тот день покажется и каторжный и адовый,
          Сырой картофель в грядках у ученых не в чести.
          Зато впервые сможете повкалывать наглядно вы
          И пользу ощутимую народу принести.

          Так приезжайте, милые, рядами и колоннами.
          Хотя вы все там химики и нет на вас креста,
          Но вы ж там все задохнетесь, за синхрофазотронами,
          А здесь места отличные, воздушные места.

          Товарищи ученые. Не сумневайтесь, милые,
          Коль, что у вас не ладится, ну там не тот эффект,
          Мы мигом к вам заявимся с лопатами и с вилами,
          Денечек покумекаем и выправим дефект.
            0
            Коровы ещё и метан выделяют.
            0
            Сколько деревьев уходит для печати бумажных купюр?
              –6
              сколько энергии потребили диванные войска и выделили СО2 за весь украинский конфиликт?
                0
                От куда вы лезите?
                  0
                  я не с политической точки зрения, а интернет трафика, хотя видно для многих это острый вопрос и им припекло
                0
                Я как-то переводил статью — анализ того, сколько генерируется CO2 производством, связанным с деятельностью банков. Если кому интересно. usefree.com.ua/true-costs-banking-system/
                В сравнении с производством биткоинов — получались вполне сопоставимые цифры
                  0
                  Деньги обеспеченные золотом СО2
                    0
                    Мы вообще очень нерационально живем. Это видно во всем. Крипта не исключение, по крайней мере, на данном этапе. Хотя со временем, с совершенствованием PoS и сокращенного вида блокчейна, возможно, ситуация кардинально изменится. Хотя и сейчас крипта экономичнее текущего экономического монстра, как я вижу. Майнинг на фермах с многомегаваттным потреблением это тоже следствие человеческой жадности, а не техническая необходимость для технологии.
                      0
                      Ну, теперь точно криптовалюты в РФ будут вне закона.
                        0
                        Почему? Они же увеличивают потребление и спрос на энергию.
                        А мы типа «энергетическая сверхдержава» (которая на добыче/производстве/продаже энергии в разнных ее видах в основном и держится).
                        Так что в теории это вообще хорошо. А плохо наоборот для энергодефицитных стран.
                        +1
                        2. Средняя эффективность биткоин-майнеров в системе составляет 200 Mhash/J (источник).

                        Средняя эффективность работающих майнеров в системе сейчас уже не менее 1000 Mhash/J и постепенно продолжает увеличиваться.
                        Значения заложенные в расчет занижены минимум в 5 раз. А соответственно оценка выбросов СО2 даваемая программой минимум в 5 раз завышенной получается изначально.

                        Это происходит вероятно из-за того, что для оценки среднего значения взяты вообще все модели когда либо выпускавшиеся. Большая их часть уже безбожно устарела и уже никем не используется. В этой сфере идет (вернее шел, сейчас уже замедляется) такой сумашедше быстрый прогресс, который и не снился разработчикам CPU или GPU чипов: за 2.5 года эффективность самых совершенных образцов выросла в 15-20 (двадцать) раз!
                        Примерно со 100 Mhash/J в самом первом поколении, до 1500-2000 Mhash/J в самых современных из доступных на данный момент.

                        3. Хэшрейт растёт экспоненциально (для прогноза сложности вычислений в будущем).

                        Неверное предположение. Точнее он действительно рос экспоненциально в прошлом, но у этого роста есть естественный экономически обусловленный предел: активный рост идет только до тех пор, пока суммарная стоимость энергии затрачиваемой на его поддержание не начнет приближаться к суммарной стоимости всех выпускаемых биткоинов. Это происходит просто потому что занятие майнингом в этом случае становится экономически невыгодным — и приток желающих этим заниматься прекращается, т.к. подавляющее большинство этим занимается ради прибыли, а не по «идеологическим» соображениям.

                        И собственно этот момент УЖЕ пройден — еще примерно полгода назад (или за несколько месяцев до написания этой статьи, хотя если программа писалась еще в 2014 году, то тогда такое допущение на первый взгляд было правдоподобным).
                        С тех пор рост лишь чуть выше 0, а периодически вообще уходит в отрицательную зону. См. график за последние полгода

                        Дальнейший же рост возможен только в 2 случаях (или их комбинации):
                        1. роста курса биткоина к основным мировым валютам (доллар/евро) — в этом случае стоимость выпускаемых биткоинов растет в долларовом выражении и майнеры могут позволить себе покупать и использовать больше энергии не уходя в убытки
                        2. роста энергетической эффективности специализированных чипов для майнинга — в этом случае хэш-рейт растет, но без увеличения потребления энергии и связанных с этим выбросов

                        Вычисления показывают, что на 1 мая 2014 года каждый новый биткоин высвобождал около 103 кг CO2. С учётом экспоненциального роста сложности к 1 мая 2015 года этот показатель предположительно вырастет до ≈1602 кг CO2.

                        Ну сейчас добравшись на естественной машине времени до мая 2015 года можем проверить корректность таких прогнозов:

                        Исходные данные:
                        Скорость создания новых биткоинов: 25 BTC каждые 10 минут в среднем
                        Текущая мощность сети: 340 000 000 Gh/s
                        Эффективность: около 1 J/Gh
                        Выбросы СО2: 0.5 кг / кВт*ч (допустим, не хочется перепроверять)

                        Расчет:
                        Расход энергии в секунду: 340 000 000 * 1 = 340 МДж (т.е. средняя электрическая мощность сети = 340 МВт)
                        Расход энергии за 10 минутный интервал: 340 * 60 * 10 = 204 000 МДж
                        Расход энергии в кВт*ч: 204 000 / 3,6 = 56 700 кВт*ч
                        Выбросы CO2 за 10 минут: 56700 * 0,5 = 28 350 кг
                        Выбросы CO2 на 1 созданный биткоин: 28 350 / 25 = 1134 кг

                        P.S.
                        Мне стало интересно, почему оценка получилась близкой к тому что дала программа — ее оценка была завышена всего в 1.5 раза, а не минимум 5 раз как следует из описания.
                        Для этого я посмотрел ее исходный код и страничку автора на гит-хабе и выяснил, что исходные данные там используются другие:
                        (* en.bitcoin.it/wiki/Mining_hardware_comparison Based on some recent asic machines.*)
                        HashEnergyEfficiencyDefault := 2000

                        Generating electricity releases 500 grams of CO2/kWhe. Based on: wikipedia

                        The average efficiency of the bitcoin miners in the system is 2000 Mhash/J. Which is conservative.

                        Т.е. на самом деле в программу заложена эффективность в 10 раз выше, чем написано в статье (и в 2 раза выше чем использовал я).

                        В общем как оказывается программа была вполне адекватной — единственный ее серьезный недостаток, в том что она никак не учитывала то, что экспоненциальный рост не может продолжаться постоянно и у него есть конкретный предел. Причем известный заранее (так что его в принципе тоже возможно было учесть). Из-за этого не смотря на в 2 раза более оптимистичную оценку эффективности, прогноз по выбросам оказался в 1.5 раза завышен в худшую сторону. И чем более дальний срок для прогноза задать, тем сильнее будет эта ошибка: при попытке использовать ее для прогноза на 2016-2017 годы ошибка будет уже минимум на порядок.

                        Ну и ошибка автора статьи: который каким-то образом при переводе потерял один нолик и тем самым занизил эффективность используемую в программе в 10 раз.
                          0
                          А если «средняя электрическая мощность сети = 340 МВт» перевести в доллары (или рубли) — сколько денег вкачивают в биткоин майнеры (только электричество, например в месяц или в год), и сколько они получают биткоинов (и чему это соответствует в традиционной валюте)?
                            +2
                            Так посчитать же совсем несложно.
                            340 МВт = 340 000 * 24 = 8 160 000 кВт*ч каждый день
                            А дальше уже все зависит какую цену эл.энергии считать среднемировой, т.к. все это по множеству стран разбросано.

                            Я бы взял что-то около 7-8 центов. Это ниже среднемировых цен, но майнеры естественно концентрируются в основном в странах/регионах где энергия подешевле стоит, а в местах где она дорогая их намного меньше. Например в Украине и России их довольно много, как раз благодаря невысоким ценам на эл.энергию.
                            8160000*0,08 = 652 800 $ в день.
                            А добываемые биткоины стоят сейчас примерно так:
                            24*6*25*240 = 864 000 $ в день.
                            (24 часа в сутках, блок раз в 10 минут, т.е. 6 за час, 25 монет в каждом блоке, текущий курс 1 монеты около 240$)
                            На любой другой период сами можете посчитать домножив дневной расход/выручку.

                            Т.е. почти вся выручка майнеров сейчас уходит энергетическим компаниям. Если учесть остальные расходы: первоначальная покупка оборудования, место где это должно стоять, как минимум система вентиляция/обдува для избавления от потока создаваемого тепла, самое элементарное обслуживание, то оказывается что эта деятельность сейчас балансирует около нулевой прибыли/на грани рентабельности.
                            И как раз это и сдерживает от дальнейшего роста мощностей и роста сложности — уже около полугода они относительно стабильны, экспоненциальный рост закончился.
                            История изменения сложности Bitcoin
                            
                            Дата 	       Сложность    Изменение 	1 мес. 	6 мес. 	12 мес.
                            03.05.15 	47643398018 	+0.07% 	+2% 	+32% 	+495%
                            19.04.15 	47610564513 	-3.71% 	+1.9% 	+36% 	+582%
                            05.04.15 	49446390688 	+5.84% 	+5.9% 	+43% 	+888%
                            23.03.15 	46717549645 	-1.5% 	+0.1% 	+57% 	+999%
                            08.03.15 	47427554951 	+1.59% 	+14.9% 	+73% 	+1143%
                            23.02.15 	46684376317 	+5.01% 	+13.1% 	+96% 	+1392%
                            09.02.15 	44455415962 	+7.71% 	+9.4% 	+125% 	+1596%
                            27.01.15 	41272873895 	-6.14% 	+4.6% 	+120% 	+1781%
                            12.01.15 	43971662056 	+8.2% 	+11.4% 	+161% 	+3000%
                            

                            Теперь началась стадия острой конкуренции — майнеры находящиеся в регионах с дешевой энергией или успевшие купить наиболее эффективное оборудование постепенно вытесняют своих конкурентов находящихся в регионах с дорогой энергией или с устаревшим оборудованием.
                            Общая мощность сети при этом почти не растет. Точнее энергетическая вообще не растет, а вычислительная понемногу продолжает ползти вверх — по мере плавной замены неэффективного оборудования самыми современными моделями.

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое