比特币

来源：MIT CEEPR（MIT 能源与环境政策研究中心），2023 年 6 月 作者：Christian Stoll, Lena Klaaßen, Ulrich Gallersdörfer, Alexander Neumüller 编译：WEEX Exchange 摘要 关于比特币挖矿对气候的影响，学者和比特币支持者的观点大相径庭。我们验证了双方的论点，并为美国比特币挖矿的范围和能源来源提供了经验证据。 截至 2022 年底，至少有 38% 的比特币挖矿活动迁移到了美国和加拿大，并且研究表明，仅我们分析的在美上市的 13 家矿商每年造成的碳排放量就高达 720 万吨二氧化碳。与此同时，比特币网络的经济激励措施可以为封堵废弃的油气井提供补贴，从而大规模减少甲烷排放。 大型上市矿商的挖矿地点和能源来源的透明度日益提高，这凸显了信息披露的价值，并可能有助于消除不受支持的行业主张，改进基于假设的学术模型，并将监管机构的目光引向「比特币采矿可能带来气候惠益」方向。 导言 比特币挖矿以其能源强度而闻名。截至 2023 年 3 月 25 日，比特币矿工的电力需求达到 15.4 千兆瓦 (GW)。在比特币网络中，矿工通过计算难题竞争出块，将区块添加到链上，并验证区块中包含的代币所有权和交易。为了参与这个过程，矿工使用耗电的专用硬件设备。 尽管学者和比特币支持者都认为矿工消耗了大量电力，但关于比特币挖矿对气候影响的观点却存在根本性偏差。批评者将比特币的电力消耗视为一场灾难，而支持者则将其视为一项功能而非缺陷。越来越多的学术研究将比特币的碳足迹与中等国家的排放水平相比较。与此同时，比特币支持者强调了电网平衡服务、支持可再生能源发展、通过废气利用或封堵油气井减少甲烷排放，以及将挖矿硬件的废热用于辅助活动等潜在的气候惠益。 我们验证了双方的论点，并提供了美国比特币挖矿规模和能源来源的实证证据，这些数据来自 13 家公开上市的挖矿公司。截至 2022 年底，这些公司的比特币挖矿量占全网总算力的 1/4。值得注意的是，在 2022 年 12 月北美冬季风暴 Elliott 期间，比特币矿工缩减了多达 100 EH/s 算力，相当于当天比特币网络总算力的 38%。这个数字证明：2022 年 12 月，至少 38% 的比特币挖矿活动位于美国和加拿大。 我们发现，在美上市的比特币矿业公司所消耗电力的碳强度为 397 克二氧化碳/kWh，与美国电网的平均水平相当，仅我们分析的在美上市的 13 家矿业公司所造成的碳排放量就超过了整个佛蒙特州（Vermont）的排放量。 这些基于电网平均排放因子的调查结果，与行业声称的大多数（58.9%）比特币挖矿由可持续能源驱动的说法形成了鲜明对比。在美国发电结构中，可再生能源 (21.5%) 和核电 (18.2%) 构成的非化石电力所占比例要低得多。与此同时，我们发现比特币挖矿的潜在气候惠益也值得密切关注。 为了弥合这场争论中的分歧，理解既定的碳核算规则，并确定证实可再生能源声明所需的数据至关重要。上市矿商的挖矿地点和能源来源的透明度越来越高，凸显了披露义务的价值，这可能有助于消除不受支持的行业主张，改进基于假设的学术模型，并引导监管机构关注比特币挖矿可能带来的气候惠益。我们认为，进一步提高透明度对于教育比特币用户以及公众、监管机构和政策制定者，让他们了解比特币挖矿对气候的影响至关重要。 比特币挖矿对气候的惠益 从历史上看，中国打击挖矿或哈萨克斯坦的停电等事件，为比特币挖矿活动的规模和全球分布提供了经验性见解。类似的事件发生在 2022 年 12 月 24 日，当时冬季风暴 Elliott 袭击了北美，结果导致比特币矿工在峰值时减少了约 100 EH/s 算力，相当于当天比特币网络总算力的 38%。 德克萨斯州电网运营商 ERCOT 于 2022 年制定了大型灵活负载（LFL）限电计划。到目前为止，几乎全部运行中的 LFL 都可以归于符合该计划条件的比特币挖矿设施，即额定功率超过 75 兆瓦（MW）的设施。 如图 1 所示，冬季风暴 Elliott 期间的 LFL 需求响应为 1.4 千兆瓦，为德州比特币采矿负载提供了一个下限，因为 2022 年 12 月运行的几乎所有 LFL 都可归于比特币挖矿。这相当于当天比特币网络总电力需求的 15%。这一事件支持了比特币支持者的一个共同论点：比特币挖矿可以为电网运营商提供一种高度精细化、快速调整电力使用的能力，从而促进电网的稳定性和弹性。最新的 LFL 更新显示，截至 2023 年 3 月，比特币挖矿容量已进一步增至 1.7 GW。 图 1：ERCOT 提供的 Elliott 冬季风暴期间的 LFL 限电数据 然而，美国比特币矿工提供的气候惠益数据可能难以证实。需要进一步开展研究，评估和比较在有比特币矿机和无比特币矿机情况下的碳排放和电力系统总成本。 比特币支持者经常强调的第二个气候益处是其减少甲烷排放的潜力。天然气作为石油开采的副产品，由于成本高昂且缺乏基础设施，对于石油生产商来说，使用或运输天然气往往不经济。因此，生产商要么就地排放，要么就地燃烧。排放会将甲烷直接排放到大气中，而甲烷属于温室气体，其在 100 年内的全球升温潜能值是二氧化碳的 28-36 倍，因此某些司法管辖区不鼓励排放甲烷，甚至规定排放甲烷是非法的。而燃烧的话，主要排放的是二氧化碳，通常认为燃烧销毁甲烷的效率达 98%。 比特币支持者认为，燃烧产生的残余甲烷排放量依然很高，如果将这些气体在发电机中燃烧，就可以减少排放量。比特币行业的估计表明，假设发电机甲烷燃烧效率为 99.9%，与开放式燃烧相比，比特币挖矿有可能让二氧化碳排放当量减少 25%，再加上放弃直接燃烧减少的排放，总排放量最多可减少 63%。最近的一项燃烧效率研究发现，燃烧中断和低效燃烧导致的燃烧效率只有 91.1%，占美国石油和天然气甲烷排放总量的 4%-10%。 电力需求不足和高昂的投资成本往往导致气体燃烧利用项目变得不可行。比特币挖矿具有不受地点限制、模块化和便携式的特点，它提供了一种解决方案，即鼓励建造发电机，将原本浪费掉的能源转化为生产用途，并进一步减少甲烷排放。然而，批评者认为，这种做法并没有解决化石燃料的持续消耗及其环境影响的根本问题，甚至可能在无意中延长对化石燃料的依赖。 另一个潜在的气候惠益与减少燃烧密切相关，即解决废弃未填塞的油气井问题。根据美国环保局（EPA）的研究，截至 2020 年，美国有 370 万口废弃油井，其中 59% 的油井未被填塞，每年排放 690 万吨二氧化碳当量。比特币采矿具有不受地点限制的特点，对当地资源的要求极低，是解决这一问题的潜在方案。比特币网络的经济激励措施可以为解决这些废弃井的问题提供补贴，比特币行业倡导者也正在游说这一方案。即通过在废弃井附近作业，矿工可以利用原本浪费的能源，将其转化为电力，并产生收入，然后拿出一部分收入资助油气井的填塞工作，从而减轻对气候的影响。 比特币支持者强调的第三个论点是，比特币挖矿可以促进可再生能源的扩张。偏远地区的挖矿有可能解决越来越多的间歇性可再生能源并入电网所面临的挑战，如传输能力、储能能力的不足，或附近电力需求不足的问题。可再生…