可再生能源无法解决比特币的环境问题

在西伯利亚的某个地方，一座苏联时代的大坝正在为一个偏远的采矿作业提供能源。但地球上并没有产生任何实物。相反，水力发电厂为大型机器提供燃料，这些机器可以解决复杂的数学问题。换句话说，这种可再生能源被用来开采加密货币比特币。杰森·迪恩是一名比特币分析师，自称“嬉皮士矿工”，他使用的电脑完全依靠水力发电——不过这种环保装置可能只是例外，而不是常态。

迪恩的工作模式听起来像是解决比特币环境问题的完美方案，但可再生能源并不是万能的。目前，比特币的年能源消耗量估计为 127.22 太瓦时。相比之下，这仅占 2020 年美国总消耗量的 3% 多一点。随着这一数字不断增长，我们需要找到解决方案来应对这种消耗。

什么是比特币？

比特币的魅力在于它是一个去中心化的数字加密货币系统。任何人都可以买卖或交换，无需中间人或大银行等中介机构。它也不受任何政府控制。尽管以太坊、卡尔达诺和搞笑货币狗狗币等其他货币纷纷崛起，但比特币是第一个也是最突出的加密货币。

比特币使用区块链技术来保护、验证和记录交易。区块链的名称相当直观，其工作原理是将交易存储在“区块”中，这些区块由组成网络的“节点”或计算机进行验证。一旦验证通过，该区块就会与其他区块相连，并且无法回滚或逆转。这就创建了一个数据区块链，因此有“区块链”一词。

你也可以将区块链视为一个数字账本，记录其上发生的所有交易。验证这些未完成交易并将其锁定到区块中的节点被称为“矿工”，他们解决比特币代码中复杂的数学问题。为此，他们会获得比特币作为奖励。

系统中的比特币数量是有限的——确切地说，总共 2100 万个。到目前为止，已经开采了超过 1850 万个。为了确保供应不会太快耗尽，矿工必须完成的数学问题的难度不断增加。因此，最后一枚比特币估计要到 2140 年才能被开采出来。

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很多矿工都在尝试解决这些数学问题——所有人都在同一时间。但只有第一个解决数学问题的矿工才能获得比特币奖励。这种竞争，加上比特币区块链规模的不断扩大，意味着矿工们正在升级和分组计算机，使其功能更加强大。

但这也意味着，进行挖矿需要越来越多的计算能力和电力。个人电脑和小众爱好的时代早已一去不复返。挖矿是一项工业作业。

要量化比特币的能源消耗，请关注矿工——如果你可以

所有这些计算都需要能源。大量的能源。人们开始对此表示质疑。

科技亿万富翁埃隆·马斯克宣布特斯拉不再接受比特币作为汽车付款的当天，比特币的价值急剧下跌，价值蒸发数千亿美元。马斯克为自己的决定辩解称，他担心比特币越来越多地使用化石燃料来为挖矿和交易提供动力。

这就是当前争议的症结所在：比特币真的像挖矿爱好者宣称的那样环保吗？还是说加密生态系统正在对物理世界造成气候破坏？

这个问题很难回答。比特币的能源消耗量与瑞典、阿根廷和巴基斯坦等许多国家的总能源消耗量相比，存在很大差异。这些能源消耗量估计值（来自被广泛引用的剑桥比特币电力消耗指数和 Alex de Vries 的《Digiconomist》等来源）各不相同，而且很难概念化，因为比特币挖矿没有集中的数据来源，大多数分析都基于模型。

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尽管很难确定比特币的确切能源消耗，但这些数字对于加密货币来说可能比对于银行业或金矿开采等其他高能耗行业更容易计算——尽管一些估计确实认为它们的消耗量远高于比特币。

“与银行业或其他类似系统相比，比特币消耗的电量非常少，”迪恩说。“这个比例非常小，但人们对此议论纷纷，因为他们认为‘好吧，但我们真的需要比特币吗？’”

由于比特币在匿名网络中消耗能源，分析师通过“哈希率”来计算能源消耗，即挖矿和交易操作中使用的计算和处理能力。挖矿设备需要用电，而这些电必须来自电网。

近三分之二的比特币挖矿发生在中国（尽管中国当局最近开始打击这种行为）。虽然追踪比特币能源的确切供应来源很困难，但研究人员可以根据谁在挖矿以及他们的能源来自哪里做出近似估计。电网结构和能源使用的近似值使他们能够得出估计值。

新墨西哥大学经济学助理教授本杰明·琼斯 (Benjamin Jones) 表示：“我们不知道单个矿工的位置。去中心化货币的整个理念是，这些矿工是匿名的，但在某些情况下，他们会自我表明身份。”

当矿工自我识别时，他们就更容易找到“矿池”，也就是矿工们将资源整合在一起以扩大运营规模的地方。琼斯说，例如在美国，这些矿池集中在太平洋西北部。不过，大多数比特币矿工的确切位置仍不得而知。

如果没有这些信息，研究人员就必须做出某些假设来估算比特币挖矿消耗了多少能源，以及这些能源是来自可再生能源还是不可再生能源。

一种方法是查看一个国家的总体电力结构，以创建平均电力概况。例如，煤炭发电约占美国所有发电量的 20%。因此，如果矿工位于这里，那么所有采矿产出的 20% 将使用煤炭生产。但平均值只是平均值，根据矿工的位置、一年中的时间，甚至商业模式，其准确性可能或多或少。

比特币对环境和公共健康的真正影响

无论是可再生能源还是化石燃料，能源的使用总是有代价的。有几项研究已经尝试量化比特币的碳成本或确定其碳足迹。但琼斯想计算更多的下游影响。

在 2019 年发表的一项研究中，琼斯和其他研究人员试图量化采矿营地对周边社区产生的空气污染程度，以及对气候的影响。他们将标准的经济成本指标应用于健康和气候影响。

“我们将能源使用与化石燃料发电厂的排放联系起来，然后将这些排放与颗粒物、氮氧化物和二氧化硫等物质联系起来，”琼斯说。“然后将它们与人类死亡率联系起来。”

研究人员首先计算了美国和中国的排放情况。然后，他们使用了卡内基梅隆大学与环境保护署合作建立的研究中心空气、气候和能源解决方案中心开发的空气污染测绘模型。

“（研究表明）每创造一美元的价值——这是为矿工创造的，就像我从采矿中为社会创造的个人价值——[采矿]会产生 49 美分的损失，这些损失是过早死亡和与化石燃料发电厂的二氧化碳排放相关的气候变化影响，”琼斯说。

“因此，这基本上是一种私人价值的权衡：1 美元的私人价值，与社会在健康和环境方面面临的 49 美分的社会成本。”

不存在过剩可再生能源

加密矿工 Jason Deane 认为，矿工通常聚集在电力过剩的地方，比如雨季产生的剩余水电，否则这些水电就会被浪费掉。

正是这些过剩的电力吸引着矿工前往电力廉价、利润丰厚的地方。对于像迪恩这样的绿色采矿支持者来说，这意味着使用可再生能源。但目前，可再生能源仅占美国电力供应的约 20%。

“也许 30、40 年后，我们将拥有大量过剩的可再生能源。但现在，随着我们正在摆脱化石燃料，可再生能源都被用于某种目的，因此，如果比特币矿工或加密货币矿工要使用这些可再生能源，那就意味着它不会被其他人使用，”琼斯说。例如，为电动汽车、家庭、企业或工厂供电。

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与许多其他行业一样，可再生能源利用的转变虽然缓慢，但显而易见。但在可再生能源发电能力增强之前，机会成本始终存在。

“我确实认为使用可再生能源是所有矿工的绝对责任。毫无疑问，这是我们的共同责任。但我们不会为它所消耗的电力道歉，”迪恩说。“我认为这就是区别所在，因为网络必须使用这种电力。我们必须对如何获取电力以及如何创造电力负责。”

开创更绿色的共识机制

高耗电量是比特币和以太坊等加密货币设计中固有的因素，部分原因是它们采用“工作量证明”共识机制。这种“共识”可防止数字货币在没有中央实体控制的情况下被重复使用。

随着矿工竞相解决日益复杂的数学问题并验证交易，工作量证明需要的能源也越来越多。这种共识机制有助于保护网络免受经济攻击，因为只有一个经过验证的交易账本，并且该账本已得到网络内每个参与者的一致认可。它可以防止数据被覆盖或更改，但这需要大量的能源成本。

但如果有其他方法呢？

最近，以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 宣布以太坊的下一个版本以太坊 2.0 将把虚拟货币转变为权益证明的运作模式，此举在加密货币领域引起轰动。

权益证明 (PoS) 是一种替代共识机制，在该机制中，不是将每个区块链发送到系统中的每台计算机，而是将其随机发送给验证交易的一名矿工。为了确保安全，矿工需要将硬币作为抵押品。由于矿工不再争相确保转换以换取铸造的硬币，因此能源消耗大幅下降。

过渡到权益证明的成本并不便宜；以太坊目前正在为这一转型投资数百万美元。

正如 iqlusion 和 Sommelier 等多个加密项目的联合创始人 Zaki Manian 指出的那样，市场上出现的几乎所有新加密货币都已采用了 PoS 模式。它们可以从设计上打造得更加环保，因为它们不需要维护比特币或以太坊等传统生态系统。

“他们可以为他们的加密货币创建一个全新的设计，然后利用它作为权益证明，并可以利用所有现有的软件和技术，”Manian 说。“假设我们想将狗狗币转移到权益证明？我认为不到 1000 万美元是做不到的。”

Manian 工作的核心问题是，这些新系统是否仍能保持开放进入、开放退出的品质，同时又不会消耗过多的能源。加密货币的吸引力在于它不需要任何中介方：参与者可以随心所欲地进入和离开，系统在没有他们的情况下也能继续运行。PoS 可能是那个折衷方案。只是需要做更多的工作才能实现。

“我们用于权益证明的这些现代共识算法耗费了数年时间，耗费了数十名研究人员、数十名工程师和大量专业知识，”Manian 说道。“但现在这些算法已经发挥作用，并保障了数百亿美元的价值，我们越来越相信它们行之有效。”