挖挖矿
引言
长期以来，关于比特币挖矿可能造成的环境影响和碳排放一直都是社会关注和争论的重点话题。其中，关于可再生能源占据比特币开采电力的比例也是各有说辞，例如剑桥替代金融中心CCFA的报告显示为39%，比特币开采委员会BMC则认为是58%，而数字资产管理公司CoinShares给出了73%的数据。
比特币挖矿是向比特币区块链添加新区块以验证交易的过程。这个过程类似于一个竞争性的数字猜测游戏，在这个游戏中，一个正确的“猜想”可以完成一个区块，只有获胜者才能获得新铸造的比特币和交易费形式的奖励。
在2021年5月，全世界大约有290万个专门的硬件设备进行挖矿，每秒钟可以产生1.6×1020个猜想，并需要消耗大约13千兆瓦（GW）的电量。中国境内曾经也是比特币加密挖矿重点区域之一，但是在2021年春季，中国在内蒙古、四川、新疆等地方开展了比特币挖矿打击活动，这对全球的比特币形式产生了不可忽略的影响。
基于此，阿姆斯特丹大学的Alex de Vries等人在本文中研究了中国此次禁令对于比特币开采碳足迹的影响。报告指出，基于采矿地点和区域碳排放因素，全球比特币开采的碳排放在2021年8月相比2020年平均增加了17%。这一潜在增长突显出加密行业的利益相关者需要加快制定战略，以克服投资者对环境、社会和治理的担忧。
DOI：https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.02.005
比特币的碳足迹
比特币挖矿所产生的碳踪迹可以根据矿工所使用的电力来源进行估算。目前，CCAF基于比特币“矿场”收集到的四类互联网协议地址信息（BTC.com、Poolin、ViaBTC和Foundry USA），可以实时生成全球一部分矿工的位置。在2021年2月，这份地图所显示的矿工开展了全球44%的比特币挖矿作业。因此，通过将估算的采矿地点数据与该地发电的碳强度相匹配，可以直观地看到为比特币网络提供的电力组合是如何演变的。
为此，作者基于CCAF和Foundry USA获得的美国境内采矿活动规范，结合每个国家采矿活动的分布，综合考虑了比特币挖矿所带来的碳排放影响。从图1可以看出，当中国出台了挖矿禁令后，全球可再生能源的使用份额发生明显较少，2021年8月所使用的可再生能源相比2020年全年的平均份额从41.6%降低至25.1%，这一现象可能与禁令之后挖矿行业无法从中国四川和云南省获得水电直接相关。
此外，在中国实施了禁令之后，矿工们向其他国家进行迁移，如哈萨克斯坦和美国等。根据作者的计算，在此之后，天然气在挖矿的电力结构中所占的份额几乎翻了一番，从15%增加到30.8%，并且由于哈萨克斯坦等国的燃煤发电厂碳排放系数更高，通过燃煤发电所产生的二氧化碳排放量也可能会增加。
计算结果表明，比特币网络耗电所产生的平均碳强度可能会从2020年的均排放478.27 gCO2/kWh增加到2021年8月的557.76 gCO2/kWh。根据全球的平均排放系数（557.76 gCO2/kWh）和比特币网络的预估电力负荷需求（截至2021年8月为13.39 GW），作者估计比特币采矿每年可能会产生6540万吨二氧化碳（65.4 MtCO2）。
此外，虽然CCAF大概只提供了全球近44%的比特币开采活动数据，可能会在估算碳排放量上存在一定误差，但是其整体上与世界范围的比特币网络的活跃度是正相关的，因此CCAF的估算挖矿位置可以作为实际挖矿位置的代替。
当然，这其中也可能会高估或者低估某些国家的挖矿活动。例如爱尔兰和德国的比特币在全球计算能力中所占的份额可能被高估了，这是因为如果矿工居住在反对加密采矿的国家，他们可以用虚拟专用网络和其他代理服务来伪装自己的活动。
CCAF指出，目前几乎没有证据表明在德国和爱尔兰境内有大型比特币挖矿作业，并且与其他地方相比较，德国和爱尔兰的电力来源相对更为清洁。如果将目前显示的位于德国和爱尔兰的挖矿活动进行排除并重新分配，平均碳排放系数将增加3%，达到573.51 gCO2/kWh。而如果将加拿大挖矿作业进行细分，这一平均排放系数可能会进一步增加。
此外，排放系数自身也是估算加密货币排放量的一个关键不确定性来源，在新的排放系数被公布之前，通常会有1至2年的时间滞后。如果将2019年的排放系数作为2021年的排放系数进行使用，可能会得到略微超过或低估的实际排放量结果。例如，由于电力需求的激增，2021年的碳排放强度相比较2020年明显增加。但是，排放系数却没有发生明显的上升或下降趋势，这是局限性之一。
化石燃料发电厂的“复苏”
边际排放系数可以反映电网电力负荷变化导致的碳排放变化，而挖矿活动会增加电力需求，从而会激活额外的发电资源。使用超过平均排放系数的边际排放系数可能会对加密货币排放量的估算产生更大的影响。
例如在纽约，30座暂时被“搁浅”的化石燃料发电厂可能会被重新激活用于比特币挖矿业务，对于这类情况，使用平均排放系数则会低估该地区的比特币挖矿所产生的排放量。另一个例子则是美国的肯塔基州，为了创造就业和拯救煤炭公司，当地政府通过降低税收以吸引比特币矿商入驻。从图3可以看出，这种政策使得肯塔基州成为了美国在比特币网络最有影响力的地区。此外，宾夕法尼亚州还为矿商Strong Digital Mining提供燃煤发电。
在短期内，重新启动或延长搁浅化石燃料厂或资产的使用寿命以满足挖矿作业所需的情况很可能会继续下去。最近俄罗斯和美国进行了火炬气发电的尝试，这为从事化石燃料行业的公司提供了一个基于火炬气发电和比特币挖矿相结合来实现创收的方向。
然而，从环境角度考虑，利用火炬气发电产生的碳排放量与其燃烧产生的碳排放量是相同的。在美国，环境保护局要求火炬气的燃烧效率至少为98%。因此，即便利用火炬气替代了煤炭等高碳燃料，这一方向也只能产生气候效益。
总结与思考
在中国禁止比特币后，比特币挖矿中可再生能源的使用量在不断减少，这突显出加密行业的利益相关者需要加快该行业的脱碳工作。目前，一些比特币利益相关者已经签署了《加密气候协议》（Crypto Climate Accord），这是2021年4月由私营部门主导的一项倡议，承诺2030年前将所使用的电力来源完全替换为可再生电力，只不过这一承诺还需加强其遵约机制，从而提高可信度。即便是比特币挖矿行业不断增加使用可再生能源进行作业，人们对于使用可再生能源进行比特币开采这一本身也并非没有争议。在2021年11月，出于担心使用可再生电力开采比特币可能会推迟基本服务的能源转型，瑞典金融监管局和环境保护局呼吁禁止加密货币开采。此外，比特币挖矿所带来的附属电子垃圾等问题也是不可忽略的。
总之，针对比特币碳足迹的快速解决方案目前依旧仍重而道远，虽然其他区块链系统依赖于更节能的共识机制，但由于比特币的巨大复杂性，改变其工作证明机制的可能性微乎其微。为了让加密货币在主流金融领域取得成功，用户、投资者和其他利益相关者必须集体将激励措施转向在网络中使用更多可再生能源以克服环境问题。如果这一转型成功，加密货币可能会为其他面临类似环境问题的行业提供宝贵的经验。