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May 28, 2023

La estimación económica de los daños climáticos de la minería de Bitcoin demuestra una mayor semejanza con el crudo digital que con el oro digital

Informes científicos volumen 12,

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 14512 (2022) Citar este artículo

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Este documento proporciona estimaciones económicas de los daños climáticos relacionados con la energía de la minería de Bitcoin (BTC), la criptomoneda de prueba de trabajo dominante. Proporcionamos tres criterios de sostenibilidad para señalar cuándo los daños climáticos pueden ser insostenibles. La minería de BTC falla en los tres. Encontramos que para 2016-2021: (i) los daños climáticos por moneda de BTC aumentaron, en lugar de disminuir con la maduración de la industria; (ii) durante ciertos períodos de tiempo, los daños climáticos de BTC superan el precio de cada moneda creada; (iii) en promedio, cada $ 1 en valor de mercado de BTC creado fue responsable de $ 0,35 en daños climáticos globales, que como parte del valor de mercado está en el rango entre la producción de carne y el petróleo crudo quemado como gasolina, y un orden de magnitud mayor que la eólica y la solar. En conjunto, estos resultados representan un conjunto de señales de alerta de sostenibilidad. Si bien los defensores han ofrecido a BTC como representación del "oro digital", desde la perspectiva de los daños climáticos, opera más como "crudo digital".

Dado el rápido desarrollo de la tecnología blockchain y el uso de cifrado y libros de contabilidad públicos descentralizados y sin permisos, la evolución de Internet de hoy ha permitido la aparición de varios bienes digitalmente escasos1. Esta economía digital incluye activos no fungibles como tokens para varios medios digitales2, así como activos fungibles y divisibles como los varios miles de criptomonedas respaldadas por cientos de plataformas de intercambio3. Seleccionar esquemas de producción de uso de bienes digitalmente escasos con uso intensivo de energía4,5. Estos incluyen varias criptomonedas prominentes (por ejemplo, Bitcoin, Ether), que hasta la fecha se basan en esquemas de producción de estilo de torneo competitivo de alto consumo de energía conocidos como minería de prueba de trabajo (POW) para proporcionar la validación encriptada en público descentralizado. libros mayores6,7.

Las criptomonedas basadas en POW son una parte del conjunto más grande de tecnologías de cadenas de bloques que han ingresado de manera disruptiva a los mercados globales durante la última década o más8. La producción de criptomonedas ha sido relativamente descentralizada y en gran medida no regulada, ya que primero se afianzaron y luego ocuparon un espacio más grande9. Las criptomonedas tienen un precio y se negocian en los mercados, pero a menudo muestran una volatilidad considerable10 y anomalías financieras como burbujas especulativas11 o evidencia de manipulación de precios12,13. Sin embargo, varios defensores argumentan que tales innovaciones brindan un valor significativo o son especialmente necesarias en el mundo en desarrollo (p. ej., desde proporcionar nuevos bienes financieros sostenibles o medios de intercambio a los desatendidos14, diversificación de inversiones15 o vías para evitar la corrupción gubernamental16). Otros cuestionan el beneficio de tales interrupciones, y especialmente si las nuevas tecnologías (por ejemplo, tecnologías de tipo POW) tienen un uso intensivo de energía, con costos sociales potencialmente altos por las emisiones de carbono asociadas17,18. Potencialmente, puede haber un espacio significativo para el aprendizaje19 y el paso a vías de producción alternativas que utilicen significativamente menos energía, al mismo tiempo que brindan los supuestos beneficios20. Sin embargo, lograr reducciones netas en el uso de energía es inherentemente un desafío debido a las redundancias (por ejemplo, la cantidad de nodos involucrados o la carga de trabajo de las operaciones) en todos los tipos de tecnología blockchain21. En este contexto y dentro de los esfuerzos más amplios para mitigar el cambio climático, el desafío de la política es crear mecanismos de gobernanza para una industria emergente y descentralizada, que incluye criptomonedas POW con uso intensivo de energía22,23. Dichos esfuerzos se verían ayudados por señales empíricas medibles sobre daños climáticos potencialmente insostenibles.

Tomando Bitcoin (BTC) como nuestro enfoque, este análisis estima los daños climáticos de la minería de monedas y explora varios criterios para señalar cuándo estos daños podrían ser insostenibles. Primero, la tendencia de los daños climáticos estimados por BTC extraído no debería aumentar a medida que la industria madura. En segundo lugar, por BTC extraído, su precio de mercado siempre debe exceder los daños climáticos estimados; es decir, la minería de BTC no debe ser "bajo el agua" en la que los daños climáticos por unidad sean mayores que los precios del mercado de monedas durante un período apreciable. En tercer lugar, para contextualizar la sostenibilidad de BTC durante un período de tiempo elegido, los daños climáticos estimados por moneda extraída deben compararse favorablemente con algún porcentaje de referencia de los daños climáticos por valor de mercado unitario de otros sectores y productos básicos; por ejemplo, los que regulamos o consideramos insostenibles. Ofrecemos estos criterios medibles para su consideración como "banderas rojas" de daño climático incipiente de una industria emergente. Señalan la necesidad de cambio (por ejemplo, alternativas de producción). En ausencia de tal cambio, puede ser hora de renunciar a un enfoque de "negocios como de costumbre" y considerar la acción colectiva (por ejemplo, una mayor regulación).

La tecnología de cadena de bloques de prueba de trabajo (POW) utilizada por Bitcoin (BTC) consume mucha energía5,24. Por contexto, BTC es una criptomoneda con una cadena de bloques de código abierto descentralizada cuyo libro público comenzó en 200925 y se negocia entre pares sin ninguna autoridad central (por ejemplo, banco o gobierno). Hasta diciembre de 2021, BTC tenía una capitalización de mercado de aproximadamente $ 960 mil millones (US $) y una participación de mercado global de aproximadamente el 41% entre todas las criptomonedas 26.

La tecnología de cadena de bloques POW consume mucha energía porque se agregan nuevos bloques a la cadena de bloques a través de un proceso de verificación impulsado por consenso competitivo llevado a cabo por "mineros" individuales o por grupos. Los mineros verifican las transacciones que ocurren en la cadena de bloques y compiten simultáneamente para proporcionar correctamente un identificador de transacción único, o "hash", para un bloque27. Los mineros que son los primeros en verificar un número determinado de transacciones y proporcionar el identificador hash correcto son recompensados ​​con una nueva criptomoneda y se agrega un nuevo bloque a la cadena28.

Proporcionar el identificador hash correcto emplea enormes cantidades de energía debido al proceso de producción descentralizado, que fomenta la competencia y crea un juego en el que el ganador se lo lleva todo27. A medida que los mineros de todo el mundo compiten, lo más rápido posible, para agregar nuevos bloques a la cadena (es decir, generando conjeturas del identificador de hash objetivo ["tasa de hash"]), emplean equipos informáticos y maquinaria altamente especializados (conocidos como " plataformas mineras") que utiliza cantidades significativas de electricidad para operar de manera competitiva4. A medida que los mineros compiten con cada vez más poder de cómputo (por ejemplo, a medida que más mineros participan en la red o se emplean equipos de minería más eficientes, o ambos), la tasa de hash general de la red aumenta, lo que aumenta endógenamente la dificultad computacional requerida para adivinar correctamente el hachís objetivo, lo que aumenta el uso general de energía de la actividad minera29.

Con datos de la tasa de hash de la red desde enero de 2016 hasta diciembre de 2021 y datos sobre el consumo de energía y la eficiencia de los equipos de minería5,30, la figura 1 presenta el uso global de electricidad de BTC de minería y los precios por moneda. Sobre la base de estas estimaciones, en 2020 la minería BTC utilizó 75,4 TWh año−1 de electricidad, que es más energía que la utilizada por Austria (69,9 TWh año−1 en 2020) o Portugal (48,4 TWh año−1 en 2020)31. Existe una tendencia general ascendente en el uso de electricidad de BTC y una estrecha correlación entre los precios de BTC y el uso de energía minera. La disminución de los precios de intercambio de BTC y el uso de energía minera en el verano de 2021 probablemente se deba en parte a la prohibición de China de que las instituciones financieras y las empresas de pago proporcionen transacciones relacionadas con criptomonedas32.

Uso de electricidad diario promedio global de 7 días de la actividad minera (eje derecho) y precio de cambio de moneda en dólares estadounidenses (eje izquierdo) para Bitcoin (BTC). Se muestran datos del 1 de enero de 2016 al 31 de diciembre de 2021. El uso de electricidad se calcula en función de los datos de la tasa de hash de la red descargados de Blockchain Charts (https://www.blockchain.com/charts) y la eficiencia de la plataforma minera (consulte la sección Métodos). Precios descargados de Yahoo! Finanzas (https://finance.yahoo.com/cryptocurrencies/). Toda la tasa de hash de la red y los datos de precios se proporcionan en los Datos complementarios.

Las estimaciones de la Universidad de Cambridge sugieren que la mayoría de la electricidad utilizada para extraer criptomonedas POW proviene del carbón y el gas natural, aunque el uso de energía hidroeléctrica probablemente fue prominente en China hasta que se prohibió allí la minería de criptomonedas32,33. A nivel mundial, se estima que el 39 % de la minería de POW funciona con energía renovable, lo que significa que las no renovables, como los combustibles fósiles, alimentan la mayoría (~ 61 %)33. Debido a su considerable uso de energía de combustibles fósiles, la minería de criptomonedas contribuye a las emisiones globales de carbono30,34 con los daños ambientales asociados35. Goodkind et al.29 estimaron que en 2018 cada $1 (US$) de valor de mercado de BTC creado a través de la minería se asoció con $0,49 (US$) en daños combinados a la salud y el clima en los EE. UU. y $0,37 (US$) en China. Krause y Tolaymat5 estimaron que las monedas BTC, Ether, Litecoin y Monero fueron responsables de 3 a 15 millones de toneladas de emisiones de CO2 entre enero de 2016 y junio de 2018. En comparación, en 2018, Afganistán emitió cantidades similares de CO2 (7,44 millones de toneladas ), Eslovenia (14,1 millones de toneladas) y Uruguay (6,52 millones de toneladas)36.

Dado que los esfuerzos de minería han aumentado con el tiempo, estimamos un fuerte aumento de las emisiones de CO2e (equivalente de dióxido de carbono) por moneda creada. Usando una estimación global de la ubicación de los mineros de BTC y la combinación de electricidad local, y los coeficientes de emisión de CO2e regionales por tipo de generación37, un BTC extraído en 2021 es responsable de emitir 126 veces el CO2e que un BTC extraído en 2016, aumentando de 0,9 a 113 toneladas (t) CO2e por moneda de 2016 a 2021 (Fig. 2A).

Estimaciones globales de los daños climáticos, las emisiones de CO2e y los daños climáticos de la minería de Bitcoin (BTC) como porcentaje del precio de la moneda. (A) Daños climáticos estimados ($/moneda extraída) y emisiones de CO2e (t/moneda extraída; gráfico de barras) de BTC. Se ha ajustado una línea de tendencia no lineal a los datos de daños por moneda para ilustrar las tendencias temporales (línea punteada). (B) Daños climáticos como parte del precio de la moneda para BTC. Los valores mostrados son el promedio móvil de 7 días. Los daños climáticos por moneda extraída en (A) se dividieron por el precio de mercado diario de la moneda y se multiplicaron por 100 para ponerlos en términos porcentuales para el cálculo en (B). Coeficiente de daño de $100 t−1 utilizado para emisiones de CO2e basado en rangos en la literatura revisada por pares. Los daños son en dólares estadounidenses. Las estimaciones abarcan desde el 1 de enero de 2016 hasta el 31 de diciembre de 2021. Consulte los Datos complementarios para conocer los factores de emisión utilizados y los datos de daños climáticos.

Con el aumento de las emisiones de CO2e por moneda creada, los daños climáticos de la producción de BTC aumentaron con el tiempo (Fig. 2A). Usando un coeficiente de daño de $100 t−1 para las emisiones de CO2e (valores en dólares estadounidenses (US$) a menos que se indique lo contrario), comúnmente conocido como el costo social del carbono (SCC), cada BTC creado en 2021 resultó en $11,314 en daños climáticos , en promedio, con daños globales totales de todas las monedas extraídas en 2021 que superan los $ 3.7 mil millones. Entre 2016 y 2021, los daños climáticos globales totales de BTC se estiman en $ 12 mil millones. Con rápidos aumentos de precios en BTC a fines de 2020, los daños climáticos de la minería representaron el 25% de los precios de mercado para 2021 (Fig. 2B). Este porcentaje es útil para normalizar la escala de externalidades al precio de mercado del producto. Ofrecemos dos rangos potenciales de preocupación en la Fig. 2B: cuando los daños climáticos como parte del precio de la moneda están entre el 50 y el 100 % (se muestra en ámbar) y cuando son > 100 % (se muestra en rojo). El primero estaría por encima de los encontrados en promedio en Goodkind et al.29, mientras que el último representa momentos en que BTC estaba "bajo el agua" por moneda (es decir, los daños climáticos superaban el precio de mercado de la moneda). Con precios mucho más bajos en 2019 y 2020, los daños climáticos de BTC fueron el 64% del precio de mercado, en promedio. Durante más de un tercio de los días de 2020, los daños climáticos de BTC superaron el precio de las monedas vendidas. Los daños alcanzaron un máximo del 156% del precio de la moneda en mayo de 2020, lo que sugiere que cada $1 de valor de mercado de BTC creado en ese mes fue responsable de $1,56 en daños climáticos globales.

Según nuestro primer criterio de sostenibilidad de que "la tendencia de los daños climáticos estimados por BTC extraído no debería aumentar, a medida que la industria madura", BTC falla. Hay una clara trayectoria ascendente en los daños climáticos estimados por moneda, como se ve en la línea de tendencia no lineal de la Fig. 2A. En lugar de disminuir a medida que la industria madura, cada nueva moneda BTC extraída está, en promedio, asociada con daños climáticos crecientes.

BTC también falla en nuestro segundo criterio de sostenibilidad de que "por BTC extraído, su precio de mercado siempre debe exceder sus daños climáticos estimados". De la Fig. 2B, en múltiples períodos de tiempo en 2020, los daños climáticos de BTC como parte del precio de la moneda fueron superiores al 100 % (áreas indicadas en rojo). BTC estuvo "bajo el agua" en estos intervalos, lo que significa que cada moneda extraída produjo daños climáticos que excedieron el precio de mercado de la moneda. Entre 2016 y 2021, BTC estuvo bajo el agua el 6,4 % de los días y los daños superaron el 50 % del precio de la moneda el 30,6 % de los días.

Un parámetro clave en el que asumimos un rango de valores de la evidencia disponible es el SCC. Para nuestra estimación de referencia, seguimos a Pindyck38 al elegir $100 t−1. SCC es el valor actual estimado de los daños monetarios por la emisión de una tonelada adicional de carbono hoy y monetiza las externalidades sociales negativas de las emisiones de carbono38. Desde una perspectiva normativa y regulatoria, el SCC es un parámetro clave para evaluar los costos sociales (es decir, aquellos que no se consideran en el precio de mercado) de un producto o servicio de alto consumo de energía. Carleton y Greenstone39 señalan el papel central de la estimación oficial del SCC del gobierno de los Estados Unidos (EE. UU.) en la política climática nacional e internacional de los EE. UU. La estimación de SCC tiene una larga historia en economía40,41,42, y dichos valores se utilizan ampliamente39.

Sin embargo, aunque los análisis que utilizan estimaciones de SCC deben hacer suposiciones sobre su valor o rango, no hay consenso38. Cada vez hay más literatura sobre la estimación del SCC y la modelización del SCC óptimo para fijar el precio de la externalidad43. El valor actual de SCC estimado por el gobierno de EE. UU. es de $51 t−1 CO2e en dólares ajustados por inflación de 202044. Sin embargo, la Orden Ejecutiva del Presidente Biden #13,990 (20 de enero de 2021) ordenó una actualización de este valor45.

Incluso una revisión selecta de estudios recientes de estimación de SCC abarca una amplia gama de valores38,40,43. Dependiendo de las distintas suposiciones y enfoques, los estudios empíricos recientes pueden respaldar fácilmente un rango de valores en torno a nuestro coeficiente de referencia de SCC de $100 t-1 CO2e, desde +/-$50 t-1 en cualquier lado. Por lo tanto, para representar parte de esta variabilidad, usamos dos valores SCC alternativos para aumentar la línea base de $100 t-1: (i) $50 t-1 CO2e (esencialmente equivalente al valor de 2020 de la estimación del gobierno de EE. UU. de 2010), y; (ii) $150 t−1 CO2e.

Reestimamos los daños climáticos de BTC utilizando estos valores alternativos de SCC (Tabla complementaria 1). Los valores alto y bajo del SCC ajustan los daños climáticos estimados proporcionalmente al valor de referencia de $100 t−1 CO2e, y tienen un gran impacto en la magnitud de los daños estimados. A $150 t-1 CO2e, los daños climáticos de BTC por moneda extraída promediaron $4632 durante 2016-2021, en comparación con $1544 a $50 t-1 CO2e, frente a $3088 a $100 t-1 CO2e de los resultados de la figura 2A. Con el SCC alto, los daños climáticos estuvieron bajo el agua el 17 % del tiempo entre 2016 y 2021 (69 % de los días en 2020), mientras que con el SCC bajo, los daños climáticos nunca estuvieron bajo el agua. Independientemente del valor de SCC, los daños climáticos de la minería BTC aumentaron sustancialmente de 2016 a 2021, con una trayectoria ascendente continua.

Las estimaciones de emisiones de CO2e y los daños climáticos dependen, de manera crítica, de las suposiciones de la proporción de fuentes de electricidad renovables utilizadas en la minería de criptomonedas. Debido a la naturaleza descentralizada y anónima de la minería de criptomonedas, determinar las fuentes de energía reales es un desafío y no existen fuentes de datos primarias30. Esto ha dado lugar a una serie de estimaciones en la literatura. El trabajo anterior sugiere que la proporción de energías renovables (por ejemplo, energía solar, eólica, hidroeléctrica) utilizada por los procesos de minería POW puede variar considerablemente, desde el 25,1 % del uso total de electricidad de la minería37 hasta el 39 %33 e incluso hasta el 73 %46. Algunas de las diferencias en las estimaciones se deben a los períodos de tiempo estudiados. China, que alguna vez fue una gran fuente de minería global de Bitcoin que probablemente utilizó cantidades significativas de energía hidroeléctrica renovable30, prohibió toda la minería de criptomonedas en 202132. Esto parece haber alterado drásticamente la proporción global de energías renovables utilizadas por los mineros de Bitcoin, lo que resultó en un mayor uso de combustibles fósiles37 . Por lo tanto, se esperaría que las estimaciones de participación renovable antes y después de la prohibición de China fueran diferentes, y quizás considerablemente. Otras diferencias, como los métodos utilizados para ubicar a los mineros, las suposiciones sobre la eficiencia de la plataforma minera y las necesidades de refrigeración, y las suposiciones sobre las fuentes de electricidad también pueden generar diferencias en el rango de estimaciones encontradas en trabajos anteriores30,37.

Dados los amplios rangos encontrados, ampliamos nuestro análisis con un escenario alternativo de electricidad renovable más alto. En este escenario, aumentamos la proporción de generación renovable utilizada para extraer criptomonedas desde el punto de referencia del 38,5 % (más un 5,2 % de energía nuclear) a un escenario con un 50 % más de energías renovables (hasta un 57,8 % en total más un 5,2 % de energía nuclear). Este escenario representa una situación hipotética en la que los mineros de criptomonedas usan sustancialmente más energías renovables que la línea de base y una gran mayoría (63 %) de la electricidad proviene directamente de fuentes libres de carbono (energías renovables y nucleares combinadas).

En comparación con la participación renovable de referencia, el aumento del uso de energías renovables en la minería BTC reduce los daños climáticos asociados por moneda extraída (Tabla complementaria 2). Con un aumento del 50% en la participación renovable, los daños climáticos de BTC son aproximadamente dos tercios de la magnitud de referencia. Sin embargo, incluso para este escenario altamente renovable, los daños climáticos aún promedian el 23 % del precio de la moneda (2016-2021), a pesar de que los mineros solo utilizan el 37 % de su electricidad a partir de combustibles fósiles. Por lo tanto, incluso si los mineros de BTC obtuvieron la mayor parte de su electricidad de fuentes renovables y directamente libres de carbono, todavía hay daños climáticos grandes y crecientes.

Recuerde de la Fig. 2B, que mostró los daños climáticos por precio de mercado de monedas, que la relación entre los daños de BTC y el precio disminuyó de 2020 a 2021. Esto no implica necesariamente que el proceso de minería de POW sea sostenible. Para contextualizar estos índices, hacemos comparaciones de daños climáticos con otros productos básicos y económicos relevantes: (i) generación de electricidad por fuente (hidroeléctrica, eólica, solar, nuclear, gas natural y carbón), (ii) petróleo crudo procesado y quemado como gasolina, (iii) uso y fabricación de automóviles (vehículos utilitarios deportivos (SUV) y sedanes medianos), (iv) producción de carne agrícola (pollo, cerdo y res) y; (v) minería de metales preciosos (óxidos de tierras raras (REO), cobre, metales del grupo del platino (PGM) y oro). La Figura 3 muestra los daños climáticos por precio de mercado unitario (% del precio) para BTC en comparación con los daños climáticos del ciclo de vida de estos otros 16 productos básicos.

Daños climáticos de la minería de Bitcoin (BTC) como porcentaje del precio de mercado de la moneda (2016–2021), en comparación con el análisis completo del ciclo de vida de los daños climáticos como porcentaje del precio de mercado de otras materias primas (para un solo año). Los daños se expresan en términos porcentuales (% del precio de mercado). Los daños climáticos de BTC solo incluyen el uso de energía y las emisiones de las plataformas mineras en funcionamiento, y no incluyen los daños climáticos asociados con el enfriamiento y la fabricación de plataformas mineras u otras fuentes potenciales de emisiones de carbono equivalente. Esto hace que los daños estimados de BTC sean un límite inferior en comparación con los daños del ciclo de vida completo de los otros productos básicos que se muestran. Los daños climáticos para las otras materias primas y productos económicos que se muestran se calculan utilizando estimaciones del ciclo de vida de la literatura revisada por pares y agencias gubernamentales de EE. UU. combinadas con datos de precios disponibles públicamente. Todos los precios de las materias primas y los datos sobre daños climáticos durante el ciclo de vida se encuentran en los Datos complementarios.

Los daños climáticos de BTC promediaron el 35% de su valor de mercado (2016-2021) y el 58% (2020-2021). Esto coloca a BTC en la categoría de otras materias primas que consumen mucha energía o que son muy contaminantes, como la producción de carne de res, la generación de electricidad con gas natural o la gasolina del petróleo crudo, y es sustancialmente más dañina que lo que podríamos considerar materias primas más sostenibles, como la producción de pollo y cerdo. y fuentes de electricidad renovables como la solar y la eólica. Para la energía solar y eólica específicamente, los daños climáticos de su ciclo de vida completo como parte de sus precios de mercado son un orden de magnitud por debajo de los de BTC durante 2016-2021. La minería de BTC también genera daños climáticos por precio unitario que son un orden de magnitud superiores a los generados por la minería de metales preciosos como oro, cobre, PGM y REO, que promedian <10 % por valor de mercado unitario en comparación con BTC. 35% promedio durante 2016-2021. Para el caso específico del oro, que algunos consideran una importante reserva de valor y una cobertura contra la volatilidad de las acciones, los bonos y el dólar estadounidense47, los daños climáticos de BTC son relativamente atípicos. Como parte del precio de mercado del oro, sus daños climáticos promedian el 4%; Los daños climáticos promedio de BTC de 2016 a 2021 son 8,75 veces mayores.

Dada la alta proporción de daños climáticos en el precio de mercado de BTC, preguntamos: "¿Qué proporción de utilización de fuentes de electricidad renovable haría que la producción de BTC tuviera un impacto de daño climático similar al de productos básicos más sostenibles?" Nuestros resultados sugieren que si la proporción de fuentes de electricidad renovable para 2016-2021 aumentara del 38,5 al 88,4 % (con un 5,2 % adicional de energía nuclear), un aumento del 129 %, los daños climáticos como parte del precio de la moneda para BTC caerían del 35 al 4,0%; similar en magnitud a los daños climáticos de la energía solar o el oro.

En ausencia de un aumento tan extremo en la proporción de electricidad renovable utilizada en la minería, los daños climáticos de BTC seguirán siendo atípicos en comparación con los productos básicos más sostenibles. Por lo tanto, la minería de BTC actualmente no cumple con nuestro tercer criterio de sostenibilidad de que "los daños climáticos estimados por moneda extraída deberían compararse favorablemente con algún porcentaje de referencia de los daños climáticos por valor de mercado unitario de otros sectores y productos básicos". Aunque no es tan dañino para el clima como la generación de electricidad a partir del carbón, la minería de BTC genera daños similares a los de la generación de gasolina, gas natural y producción de carne de res, como parte de los precios de mercado; ninguno de los cuales generalmente se consideraría sostenible48,49.

Es probable que los bienes digitalmente escasos lleguen para quedarse y traerán innovación a una variedad de dimensiones económicas generando valor para las personas. Es importante clasificar este contexto más amplio a partir de los elementos de esta economía digital que pueden tener preocupaciones climáticas y de sostenibilidad particularmente significativas (consulte la Orden ejecutiva del presidente Biden de marzo de 2022 sobre criptomonedas para los EE. UU. 50). Nuestro enfoque está en la criptomoneda dominante, BTC, que utiliza un esquema de minería POW competitivo y de alto consumo de energía. Si bien la sociedad y las naciones sopesan los beneficios y costos de varios bienes digitalmente escasos, brindamos un enfoque empírico para evaluar las preocupaciones de sostenibilidad de BTC.

Encontramos que para 2016–2021: (i) los daños climáticos por moneda de BTC estaban aumentando; (ii) como parte de su precio de mercado, los daños climáticos de BTC estuvieron bajo el agua el 6,4 % de los días, y los daños superaron el 50 % del precio de la moneda el 30,6 % de los días; y (iii) la proporción promedio de daños climáticos de BTC fue del 35% durante el período, que se encuentra en el rango entre la producción de carne y el consumo de gasolina (procesada a partir de petróleo crudo), pero es menor que la generación de electricidad del carbón. Los daños climáticos de BTC por precio de mercado unitario son aproximadamente un orden de magnitud más altos que la generación eólica y solar; es decir, está operando muy por encima de cualquier punto de referencia renovable que pueda ofrecerse. En conjunto, los resultados representan un conjunto de señales de alerta para cualquier consideración como sector sostenible (inversión o de otro tipo). Si bien los defensores ofrecen regularmente BTC como una especie de "oro digital"51,52, desde la perspectiva de los daños climáticos, BTC opera más como "crudo digital".

Hay una serie de advertencias importantes sobre los criterios que ofrecemos. En primer lugar, en cuanto a nuestro segundo criterio, se podría cuestionar la importancia de nuestro punto de referencia "bajo el agua" (donde la proporción de daños climáticos por moneda como una parte del precio de mercado no supera el 100%). Esta superación ocurre el 6,4% del período de estudio para BTC. Si bien este podría ser un umbral de alarma claro, ¿podría ser demasiado débil? ¿Por qué no el 50%, o incluso mantenerse por debajo del 25%? Para ayudar a considerar esto, pasamos a nuestro tercer criterio, donde hacemos comparaciones con otros productos básicos y sectores. Al hacerlo, permanecer por debajo del 10 % de participación para una tecnología emergente podría ser un criterio de sostenibilidad preferible, un nivel superado por BTC el 96 % de los días en nuestro estudio.

Destacamos que para nuestros productos básicos de comparación, todas las acciones representan estimaciones de daños del ciclo de vida completo, pero no para BTC. Por lo tanto, las acciones de BTC se deflactan en esta investigación inicial, ignorando las emisiones de carbono del enfriamiento de las plataformas mineras, la fabricación de plataformas, los desechos electrónicos, la construcción de edificios, etc., donde solo surgen estimaciones de impacto muy preliminares en la literatura35. Una advertencia adicional, con respecto a nuestro segundo y tercer criterio, se relaciona con la acumulación de evidencia de que algunos precios de criptomonedas pueden estar inflados por especulación significativa e incluso manipulación (denominada "lavado criptográfico"). 13. Naturalmente, un precio inflado disminuirá artificialmente. la relación estimada entre los daños climáticos y el precio. En la medida en que se esté produciendo una inflación artificial de precios, la relación de daños con un precio no manipulado puede ser superior a las aquí presentadas. Finalmente, nos hemos centrado estrictamente en los daños climáticos, pero muchas evaluaciones de tecnología también incluyen daños a la salud por las emisiones. Por lo tanto, por varias razones, nuestras evaluaciones de sostenibilidad para BTC son muy conservadoras.

Si bien no es el enfoque de este documento, se podría utilizar un proceso de producción de criptomonedas alternativo a POW, conocido como prueba de participación (POS), para reducir el uso de energía de la minería de criptomonedas. POS funciona al requerir que los validadores retengan y apuesten monedas, con el próximo escritor de bloque en la cadena de bloques que se selecciona al azar, y se asignan mayores probabilidades a aquellos con posiciones de apuesta más grandes53. POS, al basarse en la aleatorización y el intercambio de validación, no requiere una potencia computacional significativa y, por lo tanto, utiliza una fracción de la electricidad como minería POW. Ethereum, la segunda criptomoneda más grande por capitalización de mercado26, está programada para cambiar de POW a POS en algún momento de 2022, reduciendo su uso de energía estimado en un 99,95 %54. Si Bitcoin, la criptomoneda global dominante, también pudiera cambiar de POW a POS, su uso de energía y, por extensión, sus daños climáticos estimados en este trabajo, probablemente serían insignificantes. Sin embargo, la probabilidad de que BTC cambie a POS parece baja en la actualidad55.

No faltan los defensores de los bienes digitalmente escasos y la innovación que ofrecen. Incluso en las páginas de Nature Climate Change, Howson20 argumenta: "Permanecer demasiado obsesionado con la ineficiencia de algunas criptomonedas probablemente anime a tirar al bebé blockchain con el agua del baño de Bitcoin". Pero el peligro de la dependencia de la ruta y el bloqueo tecnológico con una industria emergente56,57 respalda el argumento de que las criptomonedas basadas en POW, que dominan la cuota de mercado, merecen una atención especial. Nuestros contrafactuales muestran que se requerirían cambios extremos para hacer que BTC sea sostenible (por ejemplo, en la combinación renovable). Las criptomonedas basadas en POW están en un camino insostenible. Si la industria no cambia su ruta de producción lejos de POW, o se mueve hacia POS, entonces esta clase de bienes digitalmente escasos puede necesitar ser regulado, y la demora probablemente conducirá a un aumento de los daños climáticos globales.

Las estimaciones de los daños climáticos de la minería de Bitcoin siguen los métodos descritos en la literatura existente en este espacio5,29. La principal estimación de interés es el consumo de electricidad por moneda BTC extraída (en kWh por moneda), según se deriva de la tasa de hash de la red diaria de la cadena de bloques BTC58; este es el número de cálculos en la red en gigahashes por segundo (GH/s). Usando una estimación de la eficiencia promedio de las plataformas mineras BTC, en julios (J) por GH, calculamos el consumo total de electricidad (en kWh/día) de la red en la ecuación. (1), después de convertir J/s a kilovatios (kW) y multiplicar por 24 h por día:

Calculamos el total de monedas BTC extraídas por día en la ecuación. (2) usando el tiempo promedio en minutos para agregar un bloque a la cadena de bloques por día59 y la recompensa del minero en monedas BTC por bloque:

Dividiendo el consumo de electricidad de la red por el número de monedas se obtiene la electricidad por moneda en la ecuación. (3):

Al multiplicar la electricidad por moneda por una estimación promedio global del factor de emisión de gases de efecto invernadero (EF) para la electricidad en la red BTC (en kg CO2e/kWh) se obtiene nuestra estimación de emisiones por moneda en la ecuación. (4). Los factores de emisión utilizados se proporcionan en los Datos complementarios.

Los daños climáticos por moneda se calculan como las emisiones por moneda multiplicadas por el SCC (en $/t CO2e) en la ecuación. (5):

Los daños como parte del precio de la moneda toman los daños por moneda y los dividen por el precio de mercado diario de BTC60. Todas las estimaciones de daños anuales o multianuales por moneda o daños por acción del precio de la moneda toman un promedio ponderado diario generado por monedas a lo largo de los días (es decir, ponderado por la cantidad de monedas generadas cada día).

Las plataformas de minería mejoraron la eficiencia de los cálculos de hash por unidad de energía durante nuestro período de estudio. Para BTC, calculamos la eficiencia promedio anual de la plataforma a partir de los datos de ventas en 30 para 2016–2018, y luego usamos la eficiencia del popular ANTminer s15 para la eficiencia de la plataforma para 2021. Ajustamos una relación no lineal (Ec. 6) entre estos datos para calcule un uso de energía de plataforma decreciente pero aplanado por hash para cualquier día en nuestro período de estudio:

donde días es el número de días desde el 1/1/1900.

Las emisiones de gases de efecto invernadero de la generación de electricidad de la red de mineros BTC provienen37. Promediamos sus estimaciones mensuales de factores de emisión globales (kg CO2e/kWh) desde septiembre de 2019 hasta agosto de 2021, y aplicamos este promedio a lo largo de nuestro período de estudio. Los factores de emisión en37 se basan en las ubicaciones de las piscinas mineras y las combinaciones de electricidad de países y subpaíses (China y EE. UU.) y los factores de emisión específicos de la fuente de generación. Como análisis de sensibilidad, utilizamos factores de emisión de otras dos fuentes: (i) de30, y; (ii) la combinación de electricidad promedio de EE. UU. por año utilizando estimaciones de fuente de electricidad y combinación de generación de varias agencias gubernamentales de EE. UU.61,62. Los resultados de estos análisis se proporcionan en la Tabla complementaria 3 y son cualitativamente similares a nuestros resultados de referencia.

Se calculan los daños climáticos de 16 productos básicos de comparación: generación de electricidad por fuente (energía hidroeléctrica, eólica, solar, energía nuclear, gas natural y carbón); petróleo crudo procesado y quemado como gasolina; uso y fabricación de automóviles (vehículos utilitarios deportivos (SUV) y sedanes medianos); producción agrícola de carne (pollo, cerdo y res), y; minería de metales preciosos (óxidos de tierras raras (REO), cobre, metales del grupo del platino (PGM) y oro). Para cada producto, utilizamos estimaciones de las emisiones de CO2e del ciclo de vida completo por unidad de producción y lo multiplicamos por el SCC para obtener los daños climáticos por unidad. Los daños climáticos por unidad se dividen por el precio de mercado para obtener los daños como parte del valor de la mercancía. Todos los precios de los productos básicos y los datos de emisiones de CO2e por unidad de producción se proporcionan en los Datos complementarios.

Para el sector de la electricidad, utilizamos las emisiones promedio de CO2e del ciclo de vida por kWh de electricidad generada para los EE. UU. del NREL61, por tipo de fuente, y la combinación de generación de electricidad por tipo de fuente para cada año del EIA de los EE. UU.62. Para el precio de mercado de la electricidad, usamos el precio minorista promedio de 2016–2021 en los sectores residencial, comercial, industrial y de transporte de la EIA de EE. UU.63.

Para el sector cárnico agrícola, obtuvimos estimaciones de las emisiones de CO2e del ciclo de vida per cápita de la FAO64,65; para América del Norte (carne de cerdo), para América del Norte (pollos de engorde), para América del Norte (carne de res). Ajustamos la cantidad promedio de carne por canal para obtener las emisiones por kg de carne (cerdo: 65 %, res: 65 %, pollo: 100 %) utilizando datos de los servicios de extensión estatales universitarios66,67. El precio del pollo es por canal (no por kg de carne) y por lo tanto se aprovecha el 100% de la canal. Los datos de precios se promedian de 2016 a 2020, obtenidos del Servicio de Investigación Económica del USDA para carne de cerdo, res y pollo68.

Para la gasolina del petróleo crudo, utilizamos una estimación de las emisiones del ciclo de vida del pozo a la rueda de la literatura69 y el precio minorista promedio de la gasolina de 2016-2021 de la EIA de EE. UU.70.

Para los vehículos, durante una vida útil de 15 años, usamos estimaciones del costo total de propiedad y las emisiones de operación del vehículo, asumiendo 14,263 millas anuales71 con base en un Ford Explorer 2019 para un vehículo utilitario deportivo (SUV) y un Toyota Camry 2019 para un vehículo mediano. sedán de tamaño mediano. Agregamos las emisiones de vehículos de fabricación y producción y extracción de materiales utilizando datos de la literatura revisada por pares72.

Para los metales preciosos, los precios anuales (US$ por onza troy, US$ por libra o US$ por kg) para óxidos de tierras raras (REO), cobre, metales del grupo del platino (PGM) y oro se obtuvieron del USGS Mineral 2021. Resúmenes de productos básicos para 2016–202073. Las emisiones de CO2e del ciclo de vida completo por unidad de masa provienen de74 para el oro, de la Asociación Internacional de Metales del Grupo Platino75 para los PGM, de76 para el cobre y de77 para los REO.

Todos los datos utilizados en este documento están incluidos en el artículo y en el archivo de información complementaria o están disponibles públicamente en línea, como se indica.

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Los autores desean reconocer y agradecer a Eytan Libedinsky por sus contribuciones como asistente de investigación en este proyecto.

Departamento de Economía, Universidad de Nuevo México, 1 Universidad de Nuevo México, MSC 05 3060, Albuquerque, NM, 87131, EE. UU.

Benjamin A. Jones, Andrew L. Goodkind y Robert P. Berrens

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Conceptualización: BAJ, ALG, RPB; metodología: BAJ, ALG, RPB; investigación: BAJ, ALG, RPB; visualización: ALG; redacción borrador original: BAJ, RPB; redacción, revisión y edición: BAJ, ALG, RPB

Correspondencia a Benjamín A. Jones.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Jones, BA, Goodkind, AL & Berrens, RP La estimación económica de los daños climáticos de la minería de Bitcoin demuestra una mayor semejanza con el crudo digital que con el oro digital. Informe científico 12, 14512 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18686-8

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Recibido: 13 Abril 2022

Aceptado: 17 de agosto de 2022

Publicado: 29 de septiembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18686-8

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