本文作者为Digiconomist，由律动0x49编译。
近期，比特币在能源消耗以及碳排放的议题上引起了国内外广泛的关注。持有超过10亿美元的特斯拉CEO埃隆·马斯克也在近期表示，当矿工使用超过50%的清洁能源进行挖矿时，特斯拉将恢复允许使用比特币进行交易。
在现今国际环境下，碳排放，对于特斯拉和比特币都无比重要。2020全年，特斯拉净利润7.21亿美元，而其仅仅通过出售碳排放积分便获利15.8亿美元。
此前最大的加密衍生品交易平台之一BitMEX宣布，用户每支付1美元的费用将捐赠至少0.0026美元用于抵消碳足迹。而交易平台FTX表示，碳补偿并不是解决有关加密货币环境足迹的唯一办法，但这是一个良好的开端。
7月16日，中国碳排放权交易在上海环境能源交易所正式启动，首笔撮合价格为每吨52.78元，总共成交16万吨，交易额为790万元。这也标志着中国开启了碳交易的第一步。
根据联合国环境规划署2019年发布的报告显示，预计全球截止至2030年的碳排放量为560亿吨二氧化碳当量，这可能导致全球升温超过1.5°C。如果将排放量降低至250亿吨当量以下，那么还有机会能够将全球变暖限制在1.5°C内。
为此，了解比特币挖矿所产生的碳排放便显得十分重要。当然，新技术并非都是完美的，正如比特币对环境造成的巨大影响一样，致力于揭示数字变革浪潮带来意外后果的平台Digiconomist于近期发表了一篇文章用于探讨比特币的可持续性与碳排放。
比特币消耗能源
最低消耗能源量根据比特币全网算力进行计算，2019年2月13日前的数据统一使用功耗为1500瓦的蚂蚁矿机S9进行计算。2019年2月13日-2019年11月7日，统一使用蚂蚁矿机S15进行计算。2019年11月7日之后使用蚂蚁矿机S17e、2020年10月31日之后使用蚂蚁矿机S19Pro进行计算。
年度比特币碳足迹
单一比特币碳足迹
目前，比特币的碳足迹年化总额为6,444万吨，相当于塞尔维亚和黑山的碳足迹；消耗电量年化总量为135.66太瓦时，相当于1356.6亿度电，相当于瑞典的耗电量；同时，还产生了6,350吨电子垃圾。如果按照上海环境能源交易所的每吨52.78元计算，那么比特币碳足迹年化总额约价值34亿元。
单个比特币的碳足迹年化总额为817.02千克，相当于使用VISA银行卡交易181万次或观看13万个小时的在线视频；消耗电量年化总量为1720千瓦时，相当于一个普通美国家庭58天的用电量；同时，还产生了80.5g电子垃圾。
一、论比特币的可持续性
由于比特币挖矿正不断为矿工提供稳定的收入来源，因此矿工愿意购买矿机并通过消耗电力的方式参与到这场游戏。这导致比特币网络总算力以及耗能不断创新高。如果比特币是一个国家，那么其消耗的能源在全球排名处于28位。
当然，消耗大量的能源可能并非比特币最大的问题。比特币网络中大多数进行挖矿的矿机设备处于严重依赖煤电的地区可能才是比特币最大的问题。
二、清洁能源占比特币挖矿消耗能源比例依旧较低
近几年，如何确定比特币网络的碳影响一直是一件难题。因为不仅仅需要知道比特币网络的耗电量还需要知道这些电的来源。
通过比特币矿工的位置了解电力来源是一种方法。当然，确定比特币矿工的位置也并非一件易事。
最初，就像大家都知道的，比特币矿工主要位于中国，由于中国电网的平均排放系数为700gCO2/kWh。通过该系数，可以估算出用于比特币挖矿的电力的碳强度。假设，70%的比特币挖矿发生在中国，并且其中30%使用清洁能源，那么加权平均碳强度为490gCO2eq/kWh。
后来，在GarrickHileman和MichelRauchs于2017年进行的全球加密货币基准研究中，有了更细化的信息。在这项研究中，他们确认了约占比特币网络一半算力的设备总消耗能源的下限约为232兆瓦。位于中国的挖矿设备占其中的一半，消耗能源下限约为111兆瓦。
GarrickHileman和MichelRauchs调查后的挖矿设备的能源消耗明细如下图所示。通过对应各个国家电网的碳排放系数，计算得出比特币网络的加权平均碳强度为475gCO2eq/kWh。
三、39%的能源消耗来自可再生能源
有用户表示，有些国家的特定地区可能提供碳强度较低的能源。2018年，Coinshares表示，中国的大部分矿机都位于四川，并使用廉价的水电挖矿。然而，随后的研究无法支持这一说法。面对这一情况，Coinshares论文的主要作者承认「犯错」。
具体而言，虽然四川雨季的发电量是旱季的三倍，但是水电并非持续产生。水力发电的波动导致矿工只能在有限的时间中利用廉价的水电。
在2019年一项由ChristianStoll等人进行关于比特币碳足迹的研究中，引入了根据IP地址对矿工进行定位，以考虑地区差异对整个比特币网络进行加权平均碳强度计算，得出的值为480-500，与上文的475相差较小。
同样，使用类似的方法，剑桥大学于2020年提供了一个关于比特币矿工随时间推移的位置变化图。通过位置数据以及不同电网的碳强度填充不同颜色，可以得到如下图所示的旱季挖矿活动各地区占比。因此，按年计算，可再生能源对比特币网络的贡献占比依然很低。根据剑桥大学2020年的采访，矿工表示大约39%的能源消耗来自可再生能源。
四、比特币和VISA、黄金谁消耗更多能源？
为了更好衡量比特币网络能源的消耗量，可以使用VISA作为参照物。2019年，VISA一共处理了1,383亿笔交易。VISA表示，在全球范围内的运营活动一共消耗了74万千兆焦耳。这意味着VISA消耗的能源相当于19,304个美国家庭的消耗量。经过计算，每笔VISA交易的碳足迹为0.45gCO2eq。
这些数据说明，目前比特币和VISA还有很大的差距，每笔比特币交易的能源密集度都高于VISA。并且，两者碳足迹的差距更是相差甚远。
当然，VISA并不能完全代表全球金融系统。但是，即使与常规金融系统中的非现金交易相比，比特币交易都需要消耗更多的能源。
如果换一个视角，将比特币视为「数字黄金」的话，那么可以比较比特币挖矿与黄金挖矿。目前，每年大约开采3,531吨黄金，排放约8,100万吨CO2。不过，这一类型的比较存在一定的缺陷，如黄金开采可以暂停而比特币挖矿不能暂停。
五、有限的扩展性导致极端的碳足迹
每笔比特币交易产生夸张碳排放的主要原因在于底层区块链不仅建立在耗能算法上，在交易处理能力方面也极其有限。在乐观情况下，比特币每年可以处理约2.2亿笔交易。
而全球金融系统每年处理超过7,000亿次支付，VISA一类的支付提供商每秒可以处理超过65,000次交易。由于交易处理速度的限制，比特币无法实现任何形式的被主流所采用并作为全球货币或支付系统。
对于比特币而言，可拓展性问题也没有真正的解决方案。部分数字货币的支持者认为，闪电网络等Layer2解决方案有助于扩大比特币的规模，然而这种解决方案明显与不可能大规模转账相矛盾。为了将资金转移到闪电网络中，必须先在主网上进行资金交易。
按照目前的网络性能，比特币网络需要35年的时间才能为地球上的77亿人每人进行一笔交易。到目前为止，解决比特币可拓展性问题唯一的实际办法是利用可信的第三方进行内部处理交易，而非使用比特币区块链。然而这一不过是重复造轮子而已。
PoW是第一个证明自己成功的公司算法，但他并不是唯一的算法。近些年，更加节能的算法如PoS一直在发展。与PoW相比，PoS所消耗的能源可以忽略不计。据估计，如果比特币切换到PoS相比目前的PoW可以节省99.95%的能源消耗。
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