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随着比特币( *** C)在全球局限内获得普遍认可,其所代表的价值可谓水涨船高,现在 1 *** C 就能兑换成约 58154 美元的 “真金白银”。况且,这么值钱的比特币理论上最多只有 2100 万枚,数目异常有限,这就吸引了越来越多的小我私人和团队花费大量资源去 “挖” 这种 “数字黄金”。

简朴类比,这个历程就像开采金矿一样,众多比特币 “矿工” 或者 “矿场” 通过 “加密钱币矿机” 整年一直歇地举行 “挖矿”,不停获取比特币财富。

然则,在这一财富密码背后,比特币矿机的耗电量十分惊人。

那么,在中国,比特币区块链运行造成的耗电量,以及当前和未来的碳排放模式又是怎样的?关于这个问题,来自中国科学院、清华大学地球系统科学系的专家团队及其互助者对此举行了建模剖析,相关论文已于 4 月 6 日揭晓在科学期刊《自然通讯》(Nature Communications)上。

研究发现,在没有任何政策干预的情形下,中国境内的比特币区块链年能源消耗预计将在 2024 年到达峰值,约为 296.59 太瓦时,并响应发生 1.3050 亿吨的碳排放,这在海内 182 个都会和 42 个工业部门中名列前十。此外,研究职员还对比特币挖矿的碳排放水平管控政策措施举行了探讨。

财富驱使下的疯狂

近年来,基于系统动力学(SD)的模子被普遍应用于某一特定领域或行业的碳排放流量估算,在这基础上,研究职员开发了比特币区块链碳排放模子(BBCE),以评估差异情景下中国比特币 *** 运营的碳排放水平。

他们确立了比特币区块链碳排放系统的系统界限和反馈回路,作为研究比特币区块链碳排放机制的理论框架,大要上,BBCE 模子由三个子系统组成:比特币区块链挖掘与生意子系统、能耗子系统和碳排放子系统。

在 “挖矿” 历程中,当区块被正式广播到比特币区块链时,为了提高挖出新区块并获得奖励的概率,矿工们会投入更高的算力(也称哈希率)举行挖矿,这将导致整个比特币 *** 的算力上升。由于比特币挖矿历程中的能耗由 *** 能耗和平均电价决议,因此会反过来影响比特币开采者的动态行为。

BBCE 模子 *** 了煤基能源和水基能源区域比特币矿商的碳足迹,以制订中国整个比特币行业的总体碳排放量评估模子。其中,变量 GDP 水平由比特币矿工的利润率和总成本组成,反映了比特币区块链的累积生产率。在这项研究中,它还作为发生单元 GDP 碳排放量的辅助因素,为政策制订者对比特币矿业实行责罚性碳税提供指导。

比特币区块链奖励每四年减半一次,这意味着到 2140 年在比特币区块链中广播新区块的奖励将为零。因此,由于比特币区块链的减半机制,比特币的市场价钱会泛起周期性上涨。最后,通过综合碳成本和能源成本,比特币开采历程的总成本为矿工的利润率和投资战略提供了负反馈。当采矿利润在 BBCE 模拟中变为负值时,矿工们会逐步住手在中国的挖矿或迁徙到其他地方。

基于 BBCE 模子的基准模拟,中国比特币行业的年化能耗将在 2024 年到达峰值,为 296.59 太瓦时,这跨越了意大利和沙特 *** 的能源消费总量水平,若是放到 2016 年所有国家碳排放榜单中能排到第 12 位;响应地,比特币营业的碳排放量将在 2024 年到达每年 1.3050 亿吨的峰值。

在中国,比特币矿业的排放量将在海内 182 个地级市和 42 个主要工业部门中排名前十,约占中国发电排放量的 5.41%,该行业的人均 GDP 更大碳排放量也将到达 10.77 千克 / 美元。

只管事情量证实(PoW)共识算法使得比特币区块链能够以相对稳固的方式运行,但诱人的财富激励已经导致了基于专业比特币矿机差异阵营的军备竞赛连续升级。

最初,矿工们纵然在通用盘算机上使用通例的中央处置器(CPU)就能挖矿;之后,图形处置单元(GPU)也被用来挖矿,它提供了比 CPU 更高的功率和算力;现在,市面上为举行哈希运算而优化的专用集成电路(ASICs)大规模部署,快速的硬件迭代和猛烈的挖矿竞争大大增添了比特币挖矿的资源支出。

比特币挖矿流动的扩大和矿机的增多导致了伟大的能源消耗量,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,这间接造成了伟大的碳排放。据估量,在 2016 年 1 月 1 日至 2018 年 6 月 30 日时代,高达 1300 万吨的二氧化碳排放可归因于比特币区块链。

稀奇是在中国,由于拥有专业的矿机制造商和廉价的电力供应,大部门挖矿历程都在中国举行,来自中国矿池的算力约占整个比特币 *** 的 75% 以上。

但作为天下上更大的能源消费国之一,中国是《巴黎协定》的主要签署国,若是没有适当的干预和可行的政策,中国麋集的比特币区块链挖矿流动可能会迅速成为一种压力,滋扰中国的碳减排起劲。

差异政策情景下的生长趋势

凭证 BBCE 模子的子系统组成,研究职员思量了在比特币挖矿业差异阶段实行的三种主要比特币政策,然后制订了比特币区块链碳排放的四种情景评估。

在基准情景(BM)中,市场准入假设为 100%,这解释允许所有用率的盈利比特币矿工 / 矿商在中国运营。凭证比特币矿工 / 矿商的现实区域统计数据,研究职员假设基准情景中 40% 的矿商位于煤炭发电区域。

在其他三种情形下,出于节能减排的思量,对差异比特币开采程序的政策举行了调整。

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详细而言,在比特币挖掘与生意子系统中,市场准入尺度提高了一倍,即在市场准入(MA)情景下,阻止低效率的盈利矿工进入中国比特币市场,而政策制订者被迫以高效的方式维护比特币区块链的 *** 稳固性。

在园地整治(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厚实的区域,以行使该区域因雨季等因素而发生的相对较低的能源可用性成本。

在碳税情景(CT)中,碳税增添到初始值的两倍,以对比特币区块链的高碳排放行为实行更严肃的责罚。

行使上述情景,研究职员对比特币区块链的碳排放流量和能源消耗举行了评估,并在 2014-2030 年时代的 BBCE 模拟中对差异政策的碳和能源减排效果举行了评估。

效果是,若是没有任何政策干预,比特币区块链的碳排放模式将成为中国可连续生长起劲不能忽视的障碍。预计中国比特币区块链的年能源消耗和碳排放峰值将跨越意大利、荷兰、西班牙和捷克等一些蓬勃国家。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 *** 的自然运行效果。

在 BM 情景下,在中国,比特币区块链的年能源消耗将逐渐增进,并最终在 2024 年到达峰值,为每年 296.59 太瓦时,这解释比特币行业运营将连续遵照能源麋集型模式。关于 CT 场景,由于碳排放罚款,比特币行业的更高能源需求略有下降,为 217.37 太瓦时;然而,MA 和 SR 情景下的效果解释,2024 年和 2025 年比特币行业的总能耗将划分到达 350.11 Twh 和 319.80 Twh。

相比之下,比特币区块链发生的碳排放在 SR 和 CT 情景中显著削减,这说明晰严肃碳相关政策的起劲影响。相反,MA 情景见证了比特币碳排放量在 2025 年大幅增添至 1.4071 亿吨。

基于 BBCE 模子的情景效果,基准情景解释,只要开采比特币保持其在中国的盈利能力,比特币行业运营发生的能源消耗和碳排放将连续增进。这主要是由于事情量证实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,以增添获得区块奖励的概率。此外,所提出的系统动力学模子所模拟的碳排放流量和耐久趋势与之前的几个估量值一致,这些估量值用于准确估量比特币区块链的碳足迹。

研究职员以为,在中国现在的国民经济和碳排放核算中,比特币区块链的运营并没有被列为碳排放和生产率盘算的自力部门。这给政策制订者监控比特币行业的现实行为和设计有针对性的政策增添了难度。事实上,比特币 *** 的每笔生意能耗要大于众多主流金融生意渠道。

为领会决这个问题,研究职员建议政策制订者为比特币行业设立单独的羁系账户,以便更好地治理和控制该产业在中国的碳排放行为。

什么治理措施更有用?

通过情景剖析,研究职员以为,在限制比特币区块链运营中的能源消耗总量和碳排放方面,导致采矿流动能源消费结构转变的政策可能比直观的责罚措施更有用。

在整个模拟时代,BM 情景下中国比特币行业的人均 GDP 碳排放量大于所有其他情景,2026 年 6 月更高到达 10.77 千克 / 美元。然而,研究职员发现,MA 和通例 CT 情景下的政策有用性在碳排放强度降低方面相当有限,即 2027 年 8 月市场准入的政策有用性预计将降低,而碳税的政策有用性预计将连续到 2024 年 7 月。在所有预期的政策情景中,SR 显示出了更好的效果,能将比特币行业的人均 GDP 碳排放峰值降至 6 千克 / 美元。

总体来看,比特币行业的人均 GDP 碳排放量远远跨越中国平均工业碳强度,解释比特币区块链运营是一个高碳麋集型行业。

在 BM 情景下,预计 2024 年 4 月比特币矿商的利润率将降至零,这意味着比特币矿商将逐步住手在中国的开采,并将营业转移到其他地方。然而,需要注重的是,整个搬迁历程并不是立刻发生的,淹没成本较高的矿商往往比淹没成本较低的矿商运营时间更长,并希望最终再次盈利。因此,到 2030 年底,比特币开采相关的整体能源消耗仍为正值,届时险些所有矿工都将搬迁到其他地方。

响应地,在 BM 场景中, *** 哈希率盘算为每秒 1775 EH,矿工总成本更高可达 12.68 亿美元。对照其他三项政策的情景效果,预计在 CT 情景下,中国开采比特币的盈利能力将更快恶化。另一方面,比特币区块链可以在 MA 和 SR 场景中维持较长时间的盈利能力。

基于 BBCE 模拟的效果可以得出一些有吸引力的结论:只管 MA 方案提高了市场准入尺度,提高了比特币矿商的效率,但它现实上提高了,而不是降低了模拟效果的排放量。在 MA 情景下,研究职员考察到了以往研究中提出的激励效应征象,这一征象在产业政策的其他领域,如钱币政策、交通律例和企业投资战略中都有体现。

从本质上讲,市场准入政策的目的是限制低效率比特币矿商在中国的采矿作业。然而,幸存的矿工们都致力于压缩更多的 *** 哈希率,这使得他们能够在更长的时间内保持盈利。此外,在 MA 情景下,中国比特币行业发生了更多的 CO2 排放,这主要归因于事情证实(PoW)算法和比特币矿商的利润追求行为。MA 情景的效果解释,市场准入相关政策在处置比特币区块链运营的高碳排放行为方面可能不太有用。

碳税政策是公认的最有用、实行最普遍的碳减排政策。然而,模拟效果解释,碳税对比特币行业的有用性有限。在比特币矿商意识到其采矿利润受到比特币采矿责罚性碳税的影响之前,CT 情景的碳排放模式与 BM 情景是一致的。

相反,SR 情景下的模拟数据解释,它能够为比特币区块链运营的碳排放提供负反馈,与 BM 情景相比,SR 情景下比特币行业的每 GDP 更大碳排放量削减了一半。

值得注重的是,只管 SR 情景下比特币采矿业的峰值年化能耗高于 BM 情景下的峰值年化能耗,但在 SR 情景下,有相当高比例的矿工搬迁到水力资源厚实的区域举行比特币开采作业。因此,与 BM 方案相比,这自然降低了相关的碳排放成本。

区块链手艺无罪

总体而言,在限制比特币开采准入、改变矿工能源消费结构、实行碳排放税等差异政策干预下,比特币区块链的碳排放强度仍远超中国工业平均排放强度。

这一效果解释,比特币作为区块链手艺的典型案例,在不久的未来或将成为不容小觑的能源和碳麋集型产业。

然则,比特币背后所代表的区块链手艺,其 *** 化的特征和以共识算法为信托机制的模式照样提供了一种新的解决方案,对种种产业生长和远程生意都是有益和具有创新性的。近年来,区块链手艺被大量的传统行业引入和接纳,追求优化其运营流程,如供应链金融、智能合约、国际商业和商业以及制造业运营等。

值得关注的是,中国人民银行设计并设计一种基于区块链手艺的央行数字钱币(CBDC),即数字钱币电子支付(DCEP),预计未来将逐渐取代中国现在基于纸币的流通中现金(M0)供应。随着区块链手艺的普遍使用和应用,新的协议应该以环境友好的方式设计和调剂。这一转变是确保 *** 可连续性的需要条件,事实没有人愿意看到一种推翻性的、有前途的手艺成为阻碍全球碳减排起劲的碳麋集型手艺,上述权衡值得进一步探索和研究。

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