Tahukah Anda Bitcoin berjalan di jaringan intensif energi?
Sejak awal, konsensus meminimalkan kepercayaan Bitcoin telah diaktifkan oleh algoritme proof-of-work-nya. Mesin yang melakukan "pekerjaan" menghabiskan banyak energi saat melakukannya. Selain itu, energi yang digunakan terutama bersumber dari bahan bakar fosil. Indeks Konsumsi Energi Bitcoin dibuat untuk memberikan wawasan tentang jumlah ini, dan meningkatkan kesadaran tentang ketidakberlanjutan algoritme proof-of-work.

Jenis pekerjaan apa yang dilakukan penambang?
Set transaksi (blok) baru ditambahkan ke blockchain Bitcoin kira-kira setiap 10 menit oleh apa yang disebut penambang. Saat bekerja di blockchain, para penambang ini tidak diharuskan untuk saling percaya. Satu-satunya hal yang harus dipercaya oleh penambang adalah kode yang menjalankan Bitcoin. Kode tersebut mencakup beberapa aturan untuk memvalidasi transaksi baru. Misalnya, transaksi hanya dapat valid jika pengirim benar-benar memiliki jumlah yang dikirim. Setiap penambang secara individual mengonfirmasi apakah transaksi mematuhi aturan ini, menghilangkan kebutuhan untuk mempercayai penambang lain.

Triknya adalah membuat semua penambang menyetujui riwayat transaksi yang sama. Setiap penambang di jaringan terus-menerus ditugaskan untuk menyiapkan kumpulan transaksi berikutnya untuk blockchain. Hanya satu dari blok ini yang akan dipilih secara acak untuk menjadi blok terbaru di rantai. Pemilihan acak dalam jaringan terdistribusi tidaklah mudah, jadi di sinilah bukti kerja masuk. Dalam bukti kerja, blok berikutnya berasal dari penambang pertama yang menghasilkan yang valid. Ini lebih mudah diucapkan daripada dilakukan, karena protokol Bitcoin mempersulit penambang untuk melakukannya. Bahkan, tingkat kesulitannya disesuaikan secara teratur oleh protokol untuk memastikan bahwa semua penambang di jaringan rata-rata hanya akan menghasilkan satu blok yang valid setiap 10 menit. Setelah salah satu penambang akhirnya berhasil menghasilkan blok yang valid, itu akan memberi tahu seluruh jaringan. Penambang lain akan menerima blok ini setelah mereka memastikannya mematuhi semua aturan, dan kemudian membuang blok apa pun yang telah mereka kerjakan sendiri. Penambang yang beruntung mendapat hadiah dengan jumlah koin yang tetap, bersama dengan biaya transaksi milik transaksi yang diproses di blok baru. Siklus kemudian dimulai lagi.

Proses menghasilkan blok yang valid sebagian besar didasarkan pada coba-coba, di mana penambang melakukan banyak upaya setiap detik untuk mencoba menemukan nilai yang tepat untuk komponen blok yang disebut "nonce", dan berharap blok yang diselesaikan akan sesuai dengan persyaratan ( karena tidak ada cara untuk memprediksi hasilnya). Untuk alasan ini, menambang terkadang disamakan dengan lotere di mana Anda dapat memilih nomor Anda sendiri. Jumlah upaya (hash) per detik ditentukan oleh hashrate peralatan penambangan Anda. Ini biasanya dinyatakan dalam Gigahash per detik (1 miliar hash per detik).

Keberlanjutan
Siklus penambangan blok berkelanjutan memberi insentif kepada orang-orang di seluruh dunia untuk menambang Bitcoin. Karena penambangan dapat memberikan aliran pendapatan yang solid, orang sangat ingin menjalankan mesin yang haus daya untuk mendapatkan sebagian darinya. Selama bertahun-tahun hal ini telah menyebabkan total konsumsi energi jaringan Bitcoin tumbuh ke proporsi yang luar biasa, karena harga mata uang mencapai titik tertinggi baru. Seluruh jaringan Bitcoin sekarang mengkonsumsi lebih banyak energi daripada sejumlah negara.

Jejak karbon
Masalah terbesar Bitcoin bahkan mungkin bukan konsumsi energinya yang masif, tetapi faktanya sebagian besar fasilitas penambangan di jaringan Bitcoin ditenagai oleh bahan bakar fosil.

Menemukan penambang
Menentukan dampak karbon yang tepat dari jaringan Bitcoin telah menjadi tantangan selama bertahun-tahun. Tidak hanya perlu mengetahui kebutuhan daya jaringan Bitcoin, tetapi juga perlu mengetahui dari mana daya ini berasal. Lokasi penambang adalah unsur utama untuk mengetahui seberapa kotor atau seberapa bersih daya yang mereka gunakan.

Sejak 2020 Cambridge memberikan wawasan mendetail tentang lokalisasi penambang Bitcoin dari waktu ke waktu. Artikel “Meninjau kembali jejak karbon Bitcoin” yang dirilis dalam jurnal ilmiah Joule pada 25 Februari 2022, selanjutnya menjelaskan bagaimana informasi tentang lokasi penambang ini dapat digunakan untuk memperkirakan campuran listrik dan jejak karbon dari jaringan.

Artikel tersebut secara khusus menemukan bahwa pangsa energi terbarukan yang menggerakkan jaringan menurun dari 41,6% menjadi 25,1% setelah tindakan keras penambangan di China selama Musim Semi 2021. Penambang sebelumnya memiliki akses ke sejumlah besar energi terbarukan (selama bagian terbatas dari tahun) ketika mereka masih di Cina (yaitu tenaga air selama musim hujan di bulan-bulan musim panas), tetapi ini hilang ketika mereka terpaksa pindah ke negara-negara seperti AS dan Kazakhstan. Lokasi-lokasi ini sekarang terutama memasok penambang Bitcoin dengan listrik berbasis batu bara atau gas, yang juga meningkatkan intensitas karbon dari listrik yang digunakan untuk penambangan Bitcoin. Artikel tersebut menyoroti bahwa rata-rata intensitas karbon listrik yang dikonsumsi oleh jaringan Bitcoin mungkin telah meningkat dari rata-rata 478,27 gCO2/kWh pada tahun 2020 menjadi 557,76 gCO2/kWh pada Agustus 2021. Jejak karbon yang diberikan oleh Indeks Konsumsi Energi Bitcoin didasarkan pada hal ini intensitas karbon.

Tantangan utama untuk menggunakan energi terbarukan
Penting untuk disadari bahwa, meskipun energi terbarukan adalah sumber energi yang terputus-putus, penambang Bitcoin memiliki kebutuhan energi yang konstan. Penambang ASIC Bitcoin, setelah dihidupkan, tidak akan dimatikan sampai rusak atau tidak dapat menambang Bitcoin untuk mendapatkan keuntungan. Karena itu, penambang Bitcoin meningkatkan permintaan beban dasar pada jaringan. Mereka tidak hanya mengonsumsi energi saat terjadi kelebihan energi terbarukan, tetapi tetap membutuhkan daya saat kekurangan produksi. Dalam kasus terakhir penambang Bitcoin secara historis berakhir dengan menggunakan tenaga berbasis bahan bakar fosil (yang umumnya merupakan sumber energi yang lebih stabil).

Pembuktian lebih lanjut tentang mengapa Bitcoin dan energi terbarukan menghasilkan pasangan terburuk dapat ditemukan di artikel akademik peer-review “Energi Terbarukan Tidak Akan Memecahkan Masalah Keberlanjutan Bitcoin” yang ditampilkan di Joule. Dengan perubahan iklim yang mendorong volatilitas produksi tenaga air di tempat-tempat seperti Sichuan, hal ini sepertinya tidak akan menjadi lebih baik di masa depan.

Membandingkan konsumsi energi Bitcoin dengan sistem pembayaran lainnya
Untuk menempatkan energi yang dikonsumsi oleh jaringan Bitcoin ke dalam perspektif, kita dapat membandingkannya dengan sistem pembayaran lain seperti VISA misalnya. Menurut VISA, perusahaan mengkonsumsi total 740.000 Gigajoule energi (dari berbagai sumber) secara global untuk semua operasinya. Ini berarti VISA memiliki kebutuhan energi yang setara dengan kebutuhan sekitar 19.304 rumah tangga AS. Kami juga tahu VISA memproses 138,3 miliar transaksi pada tahun 2019. Dengan bantuan angka-angka ini, dimungkinkan untuk membandingkan kedua jaringan dan menunjukkan bahwa Bitcoin sangat intensif energi per transaksi daripada VISA. Perbedaan intensitas karbon per transaksi bahkan lebih besar (lihat footprint), karena energi yang digunakan oleh VISA relatif “lebih hijau” daripada energi yang digunakan oleh jaringan penambangan Bitcoin. Jejak karbon per transaksi VISA hanya 0,45 gram CO2eq.

Skalabilitas terbatas menyebabkan jejak transaksi yang ekstrem
Salah satu alasan utama mengapa emisi CO2 per transaksi Bitcoin bisa sangat ekstrem adalah karena blockchain yang mendasarinya tidak hanya dibangun di atas algoritme yang menuntut energi, tetapi juga sangat terbatas dalam hal kapasitas pemrosesan transaksi. Satu blok untuk blockchain Bitcoin dapat berisi 1 megabita data. Karena blok baru akan dibuat rata-rata hanya sekali setiap 10 menit, batas data ini mencegah jaringan menangani lebih dari 7 transaksi per detik. Dalam skenario yang paling optimis, Bitcoin secara teoritis dapat menangani sekitar 220 juta transaksi setiap tahunnya. Sementara itu, sistem keuangan global menangani lebih dari 700 miliar pembayaran digital per tahun (dan penyedia pembayaran seperti VISA dapat menangani lebih dari 65.000 per detik jika diperlukan). Kapasitas transaksi maksimum Bitcoin hanya mewakili 0,03% dari jumlah (yang berkembang pesat) ini. Ini kurang dari jumlah total pembayaran elektronik yang diproses di negara seperti Hongaria (lebih dari 300 juta per tahun), bahkan tidak mempertimbangkan bahwa uang tunai masih merupakan dua pertiga dari semua transaksi pembayaran di sini. Dengan batas yang sangat rendah, Bitcoin tidak mampu mencapai segala bentuk adopsi arus utama sebagai mata uang global dan/atau sistem pembayaran. Tidak seperti batas transaksi jaringan, konsumsi energi jaringan tidak dibatasi. Harga Bitcoin adalah pendorong utama dampak lingkungan jaringan, dan tidak ada batasan seberapa tinggi ini bisa terjadi. Karena itu, jaringan Bitcoin dapat mengkonsumsi energi listrik beberapa kali lebih banyak daripada seluruh negara Hungaria (yang mengkonsumsi 43 TWh per tahun).

Sayangnya untuk Bitcoin, tidak ada solusi nyata untuk masalah skalabilitas ini. Pendukung mata uang digital berpendapat bahwa apa yang disebut solusi lapis kedua seperti Lightning Network akan membantu menskalakan Bitcoin, sambil menolak bahwa secara praktis tidak mungkin membuat solusi semacam itu bekerja dalam skala besar. Untuk memindahkan dana dalam jumlah berapa pun ke Jaringan Lightning, transaksi pendanaan di jaringan utama tetap diperlukan. Jaringan Bitcoin memerlukan waktu 35 tahun untuk memproses satu transaksi pendanaan untuk semua 7,7 miliar orang (2021) di planet ini, mengabaikan kemungkinan penggunaan lain dari jaringan utama dan pertumbuhan populasi lebih lanjut sementara itu. Satu-satunya solusi praktis untuk masalah skalabilitas Bitcoin, sejauh ini, adalah memanfaatkan pihak ketiga tepercaya, karena mereka dapat memproses transaksi secara internal tanpa perlu benar-benar menggunakan blockchain Bitcoin. Masalah yang jelas dengan ini adalah bahwa ini hanya menciptakan kembali sistem yang sudah kita miliki.

Perspektif lain
Karena masalah skalabilitas yang disebutkan di atas, sering dikatakan bahwa Bitcoin lebih seperti “emas digital” daripada sistem pembayaran. Oleh karena itu kami juga dapat membandingkan penambangan Bitcoin dengan penambangan emas. Setiap tahun, sekitar 3.531 ton emas ditambang, dengan total emisi terkait sebesar 81 juta metrik ton CO2. Ketika membandingkan ini dengan intensitas karbon penambangan Bitcoin, kita dapat mengamati bahwa yang terakhir melebihi penambangan emas asli (lihat di bawah). Perhatikan bahwa ini termasuk biaya yang ditambang, yang tidak ada bandingannya dalam menambang emas asli (karena kami harus mengembalikan emas yang ditambang sebelumnya ke dalam tanah). Demikian pula, perbandingannya juga cacat karena kita dapat menghentikan penambangan emas asli, sedangkan Bitcoin akan berhenti begitu saja tanpa penambangan aktif.

Alternatif
Proof-of-work adalah algoritme konsensus pertama yang berhasil membuktikan dirinya, tetapi ini bukan satu-satunya algoritme konsensus. Algoritma yang lebih hemat energi, seperti proof-of-stake, telah dikembangkan selama beberapa tahun terakhir. Pemilik koin proof-of-stake membuat blok daripada penambang, sehingga tidak memerlukan mesin haus daya yang menghasilkan hash sebanyak mungkin per detik. Oleh karena itu, konsumsi energi proof-of-stake dapat diabaikan dibandingkan dengan proof-of-work. Bitcoin berpotensi beralih ke algoritme konsensus semacam itu, yang secara signifikan akan meningkatkan kelestarian lingkungan. Diperkirakan bahwa peralihan ke proof-of-stake dapat menghemat 99,95% energi yang saat ini dibutuhkan untuk menjalankan sistem berbasis proof-of-work.

Model konsumsi energi dan asumsi utama
Meskipun hashrate jaringan total dapat dengan mudah dihitung, tidak mungkin untuk mengatakan apa artinya ini dalam hal konsumsi energi karena tidak ada register pusat dengan semua mesin aktif (dan konsumsi daya persisnya). Di masa lalu, estimasi konsumsi energi biasanya mencakup asumsi tentang mesin apa yang masih aktif dan bagaimana distribusinya, untuk mencapai jumlah Watt tertentu yang dikonsumsi per Gigahash/detik (GH/dtk). Pemeriksaan terperinci dari tambang Bitcoin dunia nyata menunjukkan mengapa pendekatan seperti itu pasti akan mengarah pada meremehkan konsumsi energi jaringan, karena mengabaikan faktor-faktor yang relevan seperti keandalan mesin, iklim, dan biaya pendinginan. Oleh karena itu, pendekatan sewenang-wenang ini telah menghasilkan serangkaian perkiraan konsumsi energi yang sangat menyimpang satu sama lain, terkadang dengan mengabaikan konsekuensi ekonomi dari parameter yang dipilih. Oleh karena itu, Indeks Konsumsi Energi Bitcoin mengusulkan untuk membalikkan masalah, dan mendekati konsumsi energi dari perspektif ekonomi.

Indeks dibangun di atas premis bahwa pendapatan dan biaya penambang terkait. Karena biaya listrik adalah komponen utama dari biaya berkelanjutan, maka total konsumsi listrik jaringan Bitcoin juga harus terkait dengan pendapatan penambang. Sederhananya, semakin tinggi pendapatan penambangan, semakin banyak mesin yang haus energi dapat didukung.