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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(shí)間：2022-05-23 12:12:02 瀏覽：2420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(huì)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(bào)告顯示為39%，比特幣開采委員會(huì)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(gè)過程類似于一個(gè)競爭性的數(shù)字猜測游戲，在這個(gè)游戲中，一個(gè)正確的“猜想”可以完成一個(gè)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(jiǎng)勵(lì)。

在2021年5月，全世界大約有290萬個(gè)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(gè)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(dòng)，這對(duì)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(duì)于比特幣開采碳足跡的影響。報(bào)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(duì)環(huán)境、社會(huì)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(shí)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(dòng)規(guī)范，結(jié)合每個(gè)國家采礦活動(dòng)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(tái)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(jì)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(huì)增加。

計(jì)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(huì)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(jì)比特幣采礦每年可能會(huì)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(jì)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(dòng)數(shù)據(jù)，可能會(huì)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(huì)高估或者低估某些國家的挖礦活動(dòng)。例如愛爾蘭和德國的比特幣在全球計(jì)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(duì)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(dòng)。

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(duì)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(dòng)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(huì)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(gè)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(huì)有1至2年的時(shí)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(huì)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(dòng)會(huì)增加電力需求，從而會(huì)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(huì)對(duì)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(shí)被“擱淺”的化石燃料發(fā)電廠可能會(huì)被重新激活用于比特幣挖礦業(yè)務(wù)，對(duì)于這類情況，使用平均排放系數(shù)則會(huì)低估該地區(qū)的比特幣挖礦所產(chǎn)生的排放量。另一個(gè)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(dòng)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(huì)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(gè)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(duì)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(huì)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(duì)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(shí)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(lì)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(huì)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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