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中國打擊比特幣竟使挖礦行業(yè)變得更加污染？快來看看比特幣的“碳足跡”吧！

來源：科學(xué)10分鐘時間：2022-05-23 12:12:02 瀏覽：4441次

引言

長期以來，關(guān)于比特幣挖礦可能造成的環(huán)境影響和碳排放一直都是社會關(guān)注和爭論的重點(diǎn)話題。其中，關(guān)于可再生能源占據(jù)比特幣開采電力的比例也是各有說辭，例如劍橋替代金融中心CCFA的報告顯示為39%，比特幣開采委員會BMC則認(rèn)為是58%，而數(shù)字資產(chǎn)管理公司CoinShares給出了73%的數(shù)據(jù)。

比特幣挖礦是向比特幣區(qū)塊鏈添加新區(qū)塊以驗(yàn)證交易的過程。這個過程類似于一個競爭性的數(shù)字猜測游戲，在這個游戲中，一個正確的“猜想”可以完成一個區(qū)塊，只有獲勝者才能獲得新鑄造的比特幣和交易費(fèi)形式的獎勵。

在2021年5月，全世界大約有290萬個專門的硬件設(shè)備進(jìn)行挖礦，每秒鐘可以產(chǎn)生1.6×1020個猜想，并需要消耗大約13千兆瓦（GW）的電量。中國境內(nèi)曾經(jīng)也是比特幣加密挖礦重點(diǎn)區(qū)域之一，但是在2021年春季，中國在內(nèi)蒙古、四川、新疆等地方開展了比特幣挖礦打擊活動，這對全球的比特幣形式產(chǎn)生了不可忽略的影響。

基于此，阿姆斯特丹大學(xué)的Alex de Vries等人在本文中研究了中國此次禁令對于比特幣開采碳足跡的影響。報告指出，基于采礦地點(diǎn)和區(qū)域碳排放因素，全球比特幣開采的碳排放在2021年8月相比2020年平均增加了17%。這一潛在增長突顯出加密行業(yè)的利益相關(guān)者需要加快制定戰(zhàn)略，以克服投資者對環(huán)境、社會和治理的擔(dān)憂。

DOI：https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.02.005

比特幣的碳足跡

比特幣挖礦所產(chǎn)生的碳蹤跡可以根據(jù)礦工所使用的電力來源進(jìn)行估算。目前，CCAF基于比特幣“礦場”收集到的四類互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址信息（BTC.com、Poolin、ViaBTC和Foundry USA），可以實(shí)時生成全球一部分礦工的位置。在2021年2月，這份地圖所顯示的礦工開展了全球44%的比特幣挖礦作業(yè)。因此，通過將估算的采礦地點(diǎn)數(shù)據(jù)與該地發(fā)電的碳強(qiáng)度相匹配，可以直觀地看到為比特幣網(wǎng)絡(luò)提供的電力組合是如何演變的。

為此，作者基于CCAF和Foundry USA獲得的美國境內(nèi)采礦活動規(guī)范，結(jié)合每個國家采礦活動的分布，綜合考慮了比特幣挖礦所帶來的碳排放影響。從圖1可以看出，當(dāng)中國出臺了挖礦禁令后，全球可再生能源的使用份額發(fā)生明顯較少，2021年8月所使用的可再生能源相比2020年全年的平均份額從41.6%降低至25.1%，這一現(xiàn)象可能與禁令之后挖礦行業(yè)無法從中國四川和云南省獲得水電直接相關(guān)。

圖1 2019年9月到2021年8月用于比特幣開采的混合電力估算

此外，在中國實(shí)施了禁令之后，礦工們向其他國家進(jìn)行遷移，如哈薩克斯坦和美國等。根據(jù)作者的計算，在此之后，天然氣在挖礦的電力結(jié)構(gòu)中所占的份額幾乎翻了一番，從15%增加到30.8%，并且由于哈薩克斯坦等國的燃煤發(fā)電廠碳排放系數(shù)更高，通過燃煤發(fā)電所產(chǎn)生的二氧化碳排放量也可能會增加。

計算結(jié)果表明，比特幣網(wǎng)絡(luò)耗電所產(chǎn)生的平均碳強(qiáng)度可能會從2020年的均排放478.27 gCO₂/kWh增加到2021年8月的557.76 gCO₂/kWh。根據(jù)全球的平均排放系數(shù)（557.76 gCO₂/kWh）和比特幣網(wǎng)絡(luò)的預(yù)估電力負(fù)荷需求（截至2021年8月為13.39 GW），作者估計比特幣采礦每年可能會產(chǎn)生6540萬噸二氧化碳（65.4 MtCO₂）。

圖2描述了比特幣開采的全球碳足跡估計值，可以明顯看出比特幣網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的碳排放幾乎與希臘相當(dāng)（2019年為56.6 MtCO₂），占全球排放量的0.19%。

圖2 截至2021年8月比特幣網(wǎng)絡(luò)的全球碳足跡

此外，雖然CCAF大概只提供了全球近44%的比特幣開采活動數(shù)據(jù)，可能會在估算碳排放量上存在一定誤差，但是其整體上與世界范圍的比特幣網(wǎng)絡(luò)的活躍度是正相關(guān)的，因此CCAF的估算挖礦位置可以作為實(shí)際挖礦位置的代替。

當(dāng)然，這其中也可能會高估或者低估某些國家的挖礦活動。例如愛爾蘭和德國的比特幣在全球計算能力中所占的份額可能被高估了，這是因?yàn)槿绻V工居住在反對加密采礦的國家，他們可以用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)和其他代理服務(wù)來偽裝自己的活動。

CCAF指出，目前幾乎沒有證據(jù)表明在德國和愛爾蘭境內(nèi)有大型比特幣挖礦作業(yè)，并且與其他地方相比較，德國和愛爾蘭的電力來源相對更為清潔。如果將目前顯示的位于德國和愛爾蘭的挖礦活動進(jìn)行排除并重新分配，平均碳排放系數(shù)將增加3%，達(dá)到573.51 gCO₂/kWh。而如果將加拿大挖礦作業(yè)進(jìn)行細(xì)分，這一平均排放系數(shù)可能會進(jìn)一步增加。

此外，排放系數(shù)自身也是估算加密貨幣排放量的一個關(guān)鍵不確定性來源，在新的排放系數(shù)被公布之前，通常會有1至2年的時間滯后。如果將2019年的排放系數(shù)作為2021年的排放系數(shù)進(jìn)行使用，可能會得到略微超過或低估的實(shí)際排放量結(jié)果。例如，由于電力需求的激增，2021年的碳排放強(qiáng)度相比較2020年明顯增加。但是，排放系數(shù)卻沒有發(fā)生明顯的上升或下降趨勢，這是局限性之一。

化石燃料發(fā)電廠的“復(fù)蘇”

邊際排放系數(shù)可以反映電網(wǎng)電力負(fù)荷變化導(dǎo)致的碳排放變化，而挖礦活動會增加電力需求，從而會激活額外的發(fā)電資源。使用超過平均排放系數(shù)的邊際排放系數(shù)可能會對加密貨幣排放量的估算產(chǎn)生更大的影響。

例如在紐約，30座暫時被“擱淺”的化石燃料發(fā)電廠可能會被重新激活用于比特幣挖礦業(yè)務(wù)，對于這類情況，使用平均排放系數(shù)則會低估該地區(qū)的比特幣挖礦所產(chǎn)生的排放量。另一個例子則是美國的肯塔基州，為了創(chuàng)造就業(yè)和拯救煤炭公司，當(dāng)?shù)卣ㄟ^降低稅收以吸引比特幣礦商入駐。從圖3可以看出，這種政策使得肯塔基州成為了美國在比特幣網(wǎng)絡(luò)最有影響力的地區(qū)。此外，賓夕法尼亞州還為礦商Strong Digital Mining提供燃煤發(fā)電。

在短期內(nèi)，重新啟動或延長擱淺化石燃料廠或資產(chǎn)的使用壽命以滿足挖礦作業(yè)所需的情況很可能會繼續(xù)下去。最近俄羅斯和美國進(jìn)行了火炬氣發(fā)電的嘗試，這為從事化石燃料行業(yè)的公司提供了一個基于火炬氣發(fā)電和比特幣挖礦相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收的方向。

然而，從環(huán)境角度考慮，利用火炬氣發(fā)電產(chǎn)生的碳排放量與其燃燒產(chǎn)生的碳排放量是相同的。在美國，環(huán)境保護(hù)局要求火炬氣的燃燒效率至少為98%。因此，即便利用火炬氣替代了煤炭等高碳燃料，這一方向也只能產(chǎn)生氣候效益。

圖3 美國比特幣網(wǎng)絡(luò)在2021年8月的碳足跡估算

總結(jié)與思考

在中國禁止比特幣后，比特幣挖礦中可再生能源的使用量在不斷減少，這突顯出加密行業(yè)的利益相關(guān)者需要加快該行業(yè)的脫碳工作。目前，一些比特幣利益相關(guān)者已經(jīng)簽署了《加密氣候協(xié)議》（Crypto Climate Accord），這是2021年4月由私營部門主導(dǎo)的一項(xiàng)倡議，承諾2030年前將所使用的電力來源完全替換為可再生電力，只不過這一承諾還需加強(qiáng)其遵約機(jī)制，從而提高可信度。即便是比特幣挖礦行業(yè)不斷增加使用可再生能源進(jìn)行作業(yè)，人們對于使用可再生能源進(jìn)行比特幣開采這一本身也并非沒有爭議。在2021年11月，出于擔(dān)心使用可再生電力開采比特幣可能會推遲基本服務(wù)的能源轉(zhuǎn)型，瑞典金融監(jiān)管局和環(huán)境保護(hù)局呼吁禁止加密貨幣開采。此外，比特幣挖礦所帶來的附屬電子垃圾等問題也是不可忽略的。

總之，針對比特幣碳足跡的快速解決方案目前依舊仍重而道遠(yuǎn)，雖然其他區(qū)塊鏈系統(tǒng)依賴于更節(jié)能的共識機(jī)制，但由于比特幣的巨大復(fù)雜性，改變其工作證明機(jī)制的可能性微乎其微。為了讓加密貨幣在主流金融領(lǐng)域取得成功，用戶、投資者和其他利益相關(guān)者必須集體將激勵措施轉(zhuǎn)向在網(wǎng)絡(luò)中使用更多可再生能源以克服環(huán)境問題。如果這一轉(zhuǎn)型成功，加密貨幣可能會為其他面臨類似環(huán)境問題的行業(yè)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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