数字货币 比特币挖矿代价有多大？中科院、清华等学者：预计2024年耗电近3000亿度( 二 )
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图｜比特币区块链工作证明算法的碳足迹（来源：Nature Communications）
最初，矿工们即使在通用计算机上使用常规的中央处理器（CPU）就能挖矿；之后，图形处理单元（GPU）也被用来挖矿，它提供了比 CPU 更高的功率和算力；目前，市面上为进行哈希运算而优化的专用集成电路（ASICs）大规模部署，快速的硬件迭代和激烈的挖矿竞争大大增加了比特币挖矿的资本支出 。
比特币挖矿活动的扩大和矿机的增多导致了巨大的能源消耗量，每年的能源消耗水平与丹麦、爱尔兰或孟加拉国等中小型国家相当，这间接造成了巨大的碳排放 。据估计，在 2016 年 1 月 1 日至 2018 年 6 月 30 日期间，高达 1300 万吨的二氧化碳排放可归因于比特币区块链 。
特别是在中国，由于拥有专业的矿机制造商和廉价的电力供应，大部分挖矿过程都在中国进行，来自中国矿池的算力约占整个比特币网络的 75% 以上 。
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图｜比特币区块链的矿池分布（来源：Nature Communications）
但作为世界上最大的能源消费国之一，中国是《巴黎协定》的主要签署国，如果没有适当的干预和可行的政策，中国密集的比特币区块链挖矿活动可能会迅速成为一种压力，干扰中国的碳减排努力 。
不同政策情景下的发展趋势
根据 BBCE 模型的子系统构成，研究人员考虑了在比特币挖矿业不同阶段实施的三种主要比特币政策，然后制定了比特币区块链碳排放的四种情景评估 。
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图｜场景参数设置（来源：Nature Communications）
【数字货币|比特币挖矿代价有多大？中科院、清华等学者：预计2024年耗电近3000亿度】在基准情景（BM）中，市场准入假设为 100%，这表明允许所有效率的盈利比特币矿工 / 矿商在中国运营 。根据比特币矿工 / 矿商的实际区域统计数据，研究人员假设基准情景中 40% 的矿商位于煤炭发电地区 。
在其他三种情况下，出于节能减排的考虑，对不同比特币开采程序的政策进行了调整 。
具体而言，在比特币挖掘与交易子系统中，市场准入标准提高了一倍，即在市场准入（MA）情景下，禁止低效率的盈利矿工进入中国比特币市场，而政策制定者被迫以高效的方式维护比特币区块链的网络稳定性 。
在场地整治（SR）情景中，说服并建议煤矿发电区的比特币矿商搬迁到水力资源丰富的地区，以利用该地区因雨季等因素而产生的相对较低的能源可用性成本 。
在碳税情景（CT）中，碳税增加到初始值的两倍，以对比特币区块链的高碳排放行为实施更严厉的惩罚 。
利用上述情景，研究人员对比特币区块链的碳排放流量和能源消耗进行了评估，并在 2014-2030 年期间的 BBCE 模拟中对不同政策的碳和能源减排效果进行了评估 。
结果是，如果没有任何政策干预，比特币区块链的碳排放模式将成为中国可持续发展努力不可忽视的障碍 。预计中国比特币区块链的年能源消耗和碳排放峰值将超过意大利、荷兰、西班牙和捷克等一些发达国家 。作为最小政策干预下的基线评估，基准情景模拟比特币区块链网络的自然运行结果 。
在 BM 情景下，在中国，比特币区块链的年能源消耗将逐渐增长，并最终在 2024 年达到峰值，为每年 296.59 太瓦时，这表明比特币行业运营将持续遵循能源密集型模式 。关于 CT 场景，由于碳排放罚款，比特币行业的最高能源需求略有下降，为 217.37 太瓦时；然而，MA 和 SR 情景下的结果表明，2024 年和 2025 年比特币行业的总能耗将分别达到 350.11 Twh 和 319.80 Twh 。
相比之下，比特币区块链产生的碳排放在 SR 和 CT 情景中显著减少，这说明了严厉碳相关政策的积极影响 。相反，MA 情景见证了比特币碳排放量在 2025 年大幅增加至 1.4071 亿吨 。
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图｜不同情景年度模拟结果，年化能耗（a）和碳排放量（b）（来源：Nature Communications）
基于 BBCE 模型的情景结果，基准情景表明，只要开采比特币保持其在中国的盈利能力，比特币行业运营产生的能源消耗和碳排放将持续增长 。这主要是由于工作量证明竞争机制的正反馈回路，要求比特币矿工拥有先进且高能耗的矿机，以增加获得区块奖励的概率 。此外，所提出的系统动力学模型所模拟的碳排放流量和长期趋势与之前的几个估计值一致，这些估计值用于精确估计比特币区块链的碳足迹 。
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