比特币挖矿代价有多大？清华等学者：预计2024年耗电近3000亿度 碳排放1.3亿吨

随着比特币（BTC）在全球范围内获得广泛认可，其所代表的价值可谓水涨船高，如今 1 BTC 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，数量非常有限，这就吸引了越来越多的个人和团队耗费大量资源去 “挖” 这种 “数字黄金”。

简单类比，这个过程就像开采金矿一样，众多比特币 “矿工” 或者 “矿场” 通过 “加密货币矿机” 全年不停歇地进行 “挖矿”，不断获取比特币财富。

图｜规模化运行的矿机（来源：Coindaily）

但是，在这一财富密码背后，比特币矿机的耗电量十分惊人。据剑桥研究人员曾公布的一项比特币耗电指数显示，如果把比特币看作是一个国家，它的耗电量足以排进全球前 30，“挖矿” 活动目前年耗电量约为 121.36 太瓦时（TWh，1 太瓦时为 10 亿度电），超乎人们的想象，除非比特币价格大幅下跌，否则耗电量仍将只增不减。

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合作者对此进行了建模分析，相关论文已于 4 月 6 日发表在科学期刊《自然通讯》（Nature Communications）上。

图｜中国的比特币区块链运营碳排放量与可持续性政策评估（来源：Nature Communications）

研究发现，在没有任何政策干预的情况下，中国境内的比特币区块链年能源消耗预计将在 2024 年达到峰值，约为 296.59 太瓦时，并相应产生 1.3050 亿吨的碳排放，这在国内 182 个城市和 42 个工业部门中名列前十。此外，研究人员还对比特币挖矿的碳排放水平管控政策措施进行了探讨。

财富驱使下的疯狂

近年来，基于系统动力学（SD）的模型被广泛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，研究人员开发了比特币区块链碳排放模型（BBCE），以评估不同情景下中国比特币网络运营的碳排放水平。

他们建立了比特币区块链碳排放系统的系统边界和反馈回路，作为研究比特币区块链碳排放机制的理论框架，大体上，BBCE 模型由三个子系统组成：比特币区块链挖掘与交易子系统、能耗子系统和碳排放子系统。

图｜BBCE 建模流程图（来源：Nature Communications）

在 “挖矿” 过程中，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）进行挖矿，这将导致整个比特币网络的算力上升。由于比特币挖矿过程中的能耗由网络能耗和平均电价决定，因此会反过来影响比特币开采者的动态行为。

BBCE 模型收集了煤基能源和水基能源地区比特币矿商的碳足迹，以制定中国整个比特币行业的总体碳排放量评估模型。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，它还作为产生单位 GDP 碳排放量的辅助因素，为政策制定者对比特币矿业实施惩罚性碳税提供指导。

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，比特币的市场价格会出现周期性上涨。最后，通过综合碳成本和能源成本，比特币开采过程的总成本为矿工的利润率和投资策略提供了负反馈。当采矿利润在 BBCE 模拟中变为负值时，矿工们会逐步停止在中国的挖矿或迁移到其他地方。

基于 BBCE 模型的基准模拟，中国比特币行业的年化能耗将在 2024 年达到峰值，为 296.59 太瓦时，这超过了意大利和沙特阿拉伯的能源消费总量水平，如果放到 2016 年所有国家碳排放榜单中能排到第 12 位；相应地，比特币业务的碳排放量将在 2024 年达到每年 1.3050 亿吨的峰值。

在中国，融易资讯网（www.ironge.com.cn），比特币矿业的排放量将在国内 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 最大碳排放量也将达到 10.77 千克 / 美元。

尽管工作量证明（PoW）共识算法使得比特币区块链能够以相对稳定的方式运行，但诱人的财富激励已经导致了基于专业比特币矿机不同阵营的军备竞赛持续升级。

图｜比特币区块链工作证明算法的碳足迹（来源：Nature Communications）