Expected Revenue, Risk, and Grid Impact of Bitcoin Mining: A Decision-Theoretic Perspective

Bitcoin-mining wordt vaak voorgesteld als een statische, onvermoeibare machine, een fabriek die dag en nacht bromt en enorme hoeveelheden elektriciteit verbruikt, ongeacht de kosten of de behoeften van het elektriciteitsnet. In werkelijkheid lijken deze operaties veel meer op een hoog-risico loterij waarbij de prijs van een lot elke seconde fluctueert. De miners zijn geen passieve consumenten; het zijn actieve deelnemers die voortdurend de kansen op het winnen van een digitale prijs afwegen tegen de kosten van de elektriciteit die nodig is om mee te spelen. Dit delicate evenwicht tussen risico, beloning en energieverbruik is een cruciaal vraagstuk geworden voor netbeheerders, die moeten plannen voor enorme belastingen die binnen enkele minuten kunnen verdwijnen of pieken, afhankelijk van de marktomstandigheden. Om dit te beheren, moeten planners niet alleen begrijpen hoeveel stroom een mijn gemiddeld verbruikt, maar ook hoe waarschijnlijk het is dat een mijn uitschakelt of juist opschaalt wanneer de prijzen veranderen.

Een team onderzoekers aan de Texas A&M University heeft een nieuwe manier ontwikkeld om naar dit probleem te kijken, waarbij ze afstappen van eenvoudige historische momentopnames ten gunsten van een toekomstgerichte statistische methode. In plaats van toekomstige winsten te gokken op basis van wat er gisteren gebeurde, behandelen zij het gehele mijnbouwproces als een reeks kleine, onafhankelijke kansen om te winnen. Stel je voor dat de computer van een miner probeert een puzzel op te lossen; elke poging is in feite een worp met de dobbelsteen. De meeste worpen mislukken, maar af en toe slaagt er één, wat een beloning oplevert. De onderzoekers hebben een verenigd kader gebouwd dat de verwachte inkomsten, het risico op verlies en de potentie voor enorme winsten berekent op basis van deze fundamentele waarschijnlijkheden. Hun werk laat zien dat de omvang van een mijnbouwoperatie en de beslissing om zich aan te sluiten bij een gedeelde groep, bekend als een mining pool, het risicoprofiel en het gedrag als stroomverbruiker fundamenteel verandert.

De studie begint met het ontleden van het mijnbouwproces tot de eenvoudigste vorm. Elke keer dat een computer een berekening uitvoert, koopt het in feite een loterijticket. De kans om te winnen is ongelooflijk klein, bepaald door de moeilijkheidsgraad van het netwerk, maar de beloning is aanzienlijk. Omdat de uitkomst van elke individuele berekening onzeker is, is de totale inkomstenstroom over een dag of een jaar geen vast getal, maar een reeks mogelijkheden. De onderzoekers toonden aan dat een miner een enorm aantal van deze pogingen nodig heeft om zich zeker te voelen over zijn inkomen. Als een faciliteit te klein is, kunnen de grillen van het lot zorgen voor wilde schommelingen in de omzet, waardoor het onmogelijk wordt om te voorspellen of men wel of geen winst zal maken. Om deze schommelingen af te vlakken, sluiten miners zich vaak aan bij een pool, waar veel kleine operaties hun rekenkracht combineren om vaker te winnen, waarbij ze de beloningen en kosten delen. Hoewel dit het risico op een slecht maandresultaat vermindert, verlaagt het ook de gemiddelde potentiële winst vanwege de kosten die aan de pool worden betaald.

Met behulp van echte gegevens uit 2023 en 2024 heeft het team hun model gekalibreerd om overeen te komen met de werkelijke prestaties in de sector. Ze bekeken grote mijnbouwbedrijven zoals Riot Platforms en Marathon Digital, en vergeleken wat hun modellen voorspelden dat de miners zouden verdienen met wat deze bedrijven daadwerkelijk rapporteerden. De resultaten lieten een consistente kloof zien: de werkelijke inkomsten waren vaak lager dan de theoretische maximum, een verschil dat de onderzoekers toeschrijven aan de inherente volatiliteit van de loterij en de kosten van het deelnemen aan pools. Deze kloof vertegenwoordigt een "opportuniteitskost", een reëel financieel compromis dat miners maken om hun kasstroom te stabiliseren. Het model stelt een miner in staat om precies te berekenen hoeveel machines hij moet laten draaien om het risico onder een bepaalt niveau te houden, of welk deel van zijn vloot hij naar een pool moet sturen om een minimuminkomen te garanderen terwijl de rest vrij blijft om hogere beloningen na te jagen.

Een van de meest praktische resultaten van dit onderzoek is een duidelijker begrip van wanneer een miner zijn machines uitzet. De onderzoekers berekenden een specifieke break-even elektriciteitsprijs voor een typische mijnbouwmachine. Als de kosten van stroom boven deze drempel stijgen, is het goedkoper om te stoppen met mijnen en te wachten tot de prijzen dalen. Deze drempel is echter niet vaststaand; deze verschuift met de prijs van Bitcoin, de beloning voor het vinden van een blok en de efficiëntie van de hardware. Als de prijs van Bitcoin bijvoorbeeld met 20% daalt, daalt het break-even punt voor elektriciteit aanzienlijk, wat betekent dat miners bij veel lagere stroomprijzen zullen uitschakelen dan voorheen. De studie vond ook dat miners die deelnemen aan pools een iets lager break-even punt hebben, waardoor ze iets eerder geneigd zijn om door te draaien tijdens dure periodes, maar ook minder flexibel zijn in hun reactie op marktschokken.

Voor de mensen die het elektriciteitsnet beheren, is dit nieuwe perspectief essentieel. Huidige planningsmethoden behandelen mijnbouw vaak als een vaste last of een simpele schakelaar die kan worden uitgezet. Dit onderzoek suggereert dat mijnbouw een toestand-afhankelijke last is, wat betekent dat het gedrag dynamisch verandert op basis van een complexe mix van financiële en technische factoren. Een netbeheerder kan niet simpelweg aannemen dat een mijn de stroom uitschakelt zodra de prijs een bepaald getal bereikt; hij moet de specifieke risicotolerantie en de pool-arrangementen van die mijn begrijpen om de reactie ervan nauwkeurig te kunnen voorspellen. Door dit statistische kader te gebruiken, kunnen netplanners beter voorspellen hoeveel vermogen beschikbaar zal zijn of hoeveel er kan worden afgesneden tijdens noodsituaties, wat leidt tot betrouwbaardere elektriciteitssystemen.

De auteurs concluderen dat hun aanpak een solide fundament biedt voor het analyseren van de economische en energetische impact van Bitcoin-mining. Het verplaatst het gesprek van eenvoudige schattingen van het totale energieverbruik naar een genuanceerd begrip van hoe miners beslissingen nemen onder onzekerheid. Deze helderheid helpt zowel miners bij het ontwerpen van betere strategieën voor hun operaties als netbeheerders bij het creëren van beleid dat de flexibiliteit van deze enorme belastingen effectief kan benutten. Hoewel het model enkele complexe details zoals transactiekosten en specifieke lokale beperkingen vereenvoudigt, biedt het een rigoureuze, verenigde manier om de interactie tussen digitale valuta en fysieke energiesystemen te bekijken, waardoor toekomstige planning gebaseerd is op de werkelijke probabilistische aard van het mijnbouwspel.