來源：MIT CEEPR（MIT 能源與環(huán)境政策研究中心），2023 年 6 月

作者：Christian Stoll， Lena Klaa?en， Ulrich Gallersd?rfer， Alexander Neumüller

編譯：WEEX 交易所

摘要

關(guān)于比特幣挖礦對氣候的影響，學(xué)者和比特幣支持者的觀點大相徑庭。我們驗證了雙方的論點，并為美國比特幣挖礦的范圍和能源來源提供了經(jīng)驗證據(jù)。

截至 2022 年底，至少有 38% 的比特幣挖礦活動遷移到了美國和加拿大，并且研究表明，僅我們分析的在美上市的 13 家礦商每年造成的碳排放量就高達(dá) 720 萬噸二氧化碳。與此同時，比特幣網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟激勵措施可以為封堵廢棄的油氣井提供補貼，從而大規(guī)模減少甲烷排放。

大型上市礦商的挖礦地點和能源來源的透明度日益提高，這凸顯了信息披露的價值，并可能有助于消除不受支持的行業(yè)主張，改進(jìn)基于假設(shè)的學(xué)術(shù)模型，并將監(jiān)管機構(gòu)的目光引向「比特幣采礦可能帶來氣候惠益」方向。

導(dǎo)言

比特幣挖礦以其能源強度而聞名。 截至 2023 年 3 月 25 日，比特幣礦工的電力需求達(dá)到 15.4 千兆瓦 (GW)。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，礦工通過計算難題競爭出塊，將區(qū)塊添加到鏈上，并驗證區(qū)塊中包含的代幣所有權(quán)和交易。 為了參與這個過程，礦工使用耗電的專用硬件設(shè)備。

盡管學(xué)者和比特幣支持者都認(rèn)為礦工消耗了大量電力，但關(guān)于比特幣挖礦對氣候影響的觀點卻存在根本性偏差。 批評者將比特幣的電力消耗視為一場災(zāi)難，而支持者則將其視為一項功能而非缺陷。 越來越多的學(xué)術(shù)研究將比特幣的碳足跡與中等國家的排放水平相比較。與此同時，比特幣支持者強調(diào)了電網(wǎng)平衡服務(wù)、支持可再生能源發(fā)展、通過廢氣利用或封堵油氣井減少甲烷排放，以及將挖礦硬件的廢熱用于輔助活動等潛在的氣候惠益。

我們驗證了雙方的論點，并提供了美國比特幣挖礦規(guī)模和能源來源的實證證據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自 13 家公開上市的挖礦公司。截至 2022 年底，這些公司的比特幣挖礦量占網(wǎng)絡(luò)總算力的 1/4。值得注意的是，在 2022 年 12 月北美冬季風(fēng)暴 Elliott 期間，比特幣礦工縮減了多達(dá) 100 EH/s 算力，相當(dāng)于當(dāng)天比特幣網(wǎng)絡(luò)總算力的 38%。這個數(shù)字證明：2022 年 12 月，至少 38% 的比特幣挖礦活動位于美國和加拿大。

我們發(fā)現(xiàn)，在美上市的比特幣礦業(yè)公司所消耗電力的碳強度為 397 克二氧化碳/kWh，與美國電網(wǎng)的平均水平相當(dāng)，僅我們分析的在美上市的 13 家礦業(yè)公司所造成的碳排放量就超過了整個佛蒙特州（Vermont）的排放量。

這些基于電網(wǎng)平均排放因子的調(diào)查結(jié)果，與行業(yè)聲稱的大多數(shù)（58.9%）比特幣挖礦由可持續(xù)能源驅(qū)動的說法形成了鮮明對比。在美國發(fā)電結(jié)構(gòu)中，可再生能源 (21.5%) 和核電 (18.2%) 構(gòu)成的非化石電力所占比例要低得多。與此同時，我們發(fā)現(xiàn)比特幣挖礦的潛在氣候惠益也值得密切關(guān)注。

為了彌合這場爭論中的分歧，理解既定的碳核算規(guī)則，并確定證實可再生能源聲明所需的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。 上市礦商的挖礦地點和能源來源的透明度越來越高，凸顯了披露義務(wù)的價值，這可能有助于消除不受支持的行業(yè)主張，改進(jìn)基于假設(shè)的學(xué)術(shù)模型，并引導(dǎo)監(jiān)管機構(gòu)關(guān)注比特幣挖礦可能帶來的氣候惠益。我們認(rèn)為，進(jìn)一步提高透明度對于教育比特幣用戶以及公眾、監(jiān)管機構(gòu)和政策制定者，讓他們了解比特幣挖礦對氣候的影響至關(guān)重要。

比特幣挖礦對氣候的惠益

從歷史上看，中國打擊挖礦或哈薩克斯坦的停電等事件，為比特幣挖礦活動的規(guī)模和全球分布提供了經(jīng)驗性見解。（2021 年 9 月 3 日，中國國家發(fā)改委等 11 部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于整治虛擬貨幣“挖礦”活動的通知》；2022 年 1 月，由于哈薩克斯坦的互聯(lián)網(wǎng)和電力在抗議事件中被反復(fù)關(guān)閉，該國的挖礦活動受到重創(chuàng)。）

類似的事件發(fā)生在 2022 年 12 月 24 日，當(dāng)時冬季風(fēng)暴 Elliott 襲擊了北美，結(jié)果導(dǎo)致比特幣礦工在峰值時減少了約 100 EH/s 算力，相當(dāng)于當(dāng)天比特幣網(wǎng)絡(luò)總算力的 38%。

德克薩斯州電網(wǎng)運營商 ERCOT 于 2022 年制定了大型靈活負(fù)載（LFL）限電計劃。到目前為止，幾乎全部運行中的 LFL 都可以歸于符合該計劃條件的比特幣挖礦設(shè)施，即額定功率超過 75 兆瓦（MW）的設(shè)施。

如圖 1 所示，冬季風(fēng)暴 Elliott 期間的 LFL 需求響應(yīng)為 1.4 千兆瓦，為德州比特幣采礦負(fù)載提供了一個下限，因為 2022 年 12 月運行的幾乎所有 LFL 都可歸于比特幣挖礦。這相當(dāng)于當(dāng)天比特幣網(wǎng)絡(luò)總電力需求的 15%。這一事件支持了比特幣支持者的一個共同論點：比特幣挖礦可以為電網(wǎng)運營商提供一種高度精細(xì)化、快速調(diào)整電力使用的能力，從而促進(jìn)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和彈性。最 新的 LFL 更新顯示，截至 2023 年 3 月，比特幣挖礦容量已進(jìn)一步增至 1.7 GW。

ERCOT 提供的 Elliott 冬季風(fēng)暴期間的 LFL 限電數(shù)據(jù)

然而，美國比特幣礦工提供的氣候惠益數(shù)據(jù)可能難以證實。需要進(jìn)一步開展研究，評估和比較在有比特幣礦機和無比特幣礦機情況下的碳排放和電力系統(tǒng)總成本。

比特幣支持者經(jīng)常強調(diào)的第二個氣候益處是其減少甲烷排放的潛力。天然氣作為石油開采的副產(chǎn)品，由于成本高昂且缺乏基礎(chǔ)設(shè)施，對于石油生產(chǎn)商來說，使用或運輸天然氣往往不經(jīng)濟。因此，生產(chǎn)商要么就地排放，要么就地燃燒。排放會將甲烷直接排放到大氣中，而甲烷屬于溫室氣體，其在 100 年內(nèi)的全球升溫潛能值是二氧化碳的 28-36 倍，因此某些司法管轄區(qū)不鼓勵排放甲烷，甚至規(guī)定排放甲烷是非法的。而燃燒的話，主要排放的是二氧化碳，通常認(rèn)為燃燒銷毀甲烷的效率達(dá) 98%。

比特幣支持者認(rèn)為，燃燒產(chǎn)生的殘余甲烷排放量依然很高，如果將這些氣體在發(fā)電機中燃燒，就可以減少排放量。比特幣行業(yè)的估計表明，假設(shè)發(fā)電機甲烷燃燒效率為 99.9%，與開放式燃燒相比，比特幣挖礦有可能讓二氧化碳排放當(dāng)量減少 25%，再加上放棄直接燃燒減少的排放，總排放量最多可減少 63%。最近的一項燃燒效率研究發(fā)現(xiàn)，燃燒中斷和低效燃燒導(dǎo)致的燃燒效率只有 91.1%，占美國石油和天然氣甲烷排放總量的 4%-10%。

電力需求不足和高昂的投資成本往往導(dǎo)致氣體燃燒利用項目變得不可行。比特幣挖礦具有不受地點限制、模塊化和便攜式的特點，它提供了一種解決方案，即鼓勵建造發(fā)電機，將原本浪費掉的能源轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)用途，并進(jìn)一步減少甲烷排放。然而，批評者認(rèn)為，這種做法并沒有解決化石燃料的持續(xù)消耗及其環(huán)境影響的根本問題，甚至可能在無意中延長對化石燃料的依賴。

另一個潛在的氣候惠益與減少燃燒密切相關(guān)，即解決廢棄未填塞的油氣井問題。根據(jù)美國環(huán)保局（EPA）的研究，截至 2020 年，美國有 370 萬口廢棄油井，其中 59% 的油井未被填塞，每年排放 690 萬噸二氧化碳當(dāng)量。比特幣采礦具有不受地點限制的特點，對當(dāng)?shù)刭Y源的要求極低，是解決這一問題的潛在方案。比特幣網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟激勵措施可以為解決這些廢棄井的問題提供補貼，比特幣行業(yè)倡導(dǎo)者也正在游說這一方案。即通過在廢棄井附近作業(yè)，礦工可以利用原本浪費的能源，將其轉(zhuǎn)化為電力，并產(chǎn)生收入，然后拿出一部分收入資助油氣井的填塞工作，從而減輕對氣候的影響。

比特幣支持者強調(diào)的第三個論點是，比特幣挖礦可以促進(jìn)可再生能源的擴張。偏遠(yuǎn)地區(qū)的挖礦有可能解決越來越多的間歇性可再生能源并入電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)，如傳輸能力、儲能能力的不足，或附近電力需求不足的問題?？稍偕茉窗l(fā)電的最 佳地點往往位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，當(dāng)?shù)仉娏π枨蟛蛔?，輸電基礎(chǔ)設(shè)施也不完善，無法消化電力供應(yīng)的大幅增加。

然而，在這種情況下，如何量化與比特幣挖礦相關(guān)的氣候效益仍然具有挑戰(zhàn)性，因為沒有比特幣礦工實際投資安裝額外可再生能源的全面記錄。兩個知名的例子是，特斯拉、Block 和 Blockstream 合作，在德州建立了 3.5 兆瓦的離網(wǎng)（off-grid）太陽能比特幣礦場，以及 Aspen Creek 的 30 兆瓦采礦設(shè)施和一個新建的 87 兆瓦太陽能光伏發(fā)電廠進(jìn)行后表（behind-the-meter）連接。其他實例表明，比特幣礦工與現(xiàn)有的可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施在一起（co-locating），以確保獲得低成本電力。值得注意的是，對可再生能源電力更高、更穩(wěn)定的需求可能會通過規(guī)模經(jīng)濟降低生產(chǎn)成本，從而支持其發(fā)展。因此，比特幣挖礦可能成為可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施投資的催化劑。

然而，一些批評者認(rèn)為，如果加密貨幣挖礦越來越依賴可再生能源，可能會與其他用途競爭，從而可能危及國家的去碳化（decarbonization）目標(biāo)。雖然這種觀點有一定道理，但它忽略了一種可能性，即額外的需求可以增加供應(yīng)，使得對新的可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施的投資更具經(jīng)濟可行性。

比特幣支持者的另一個論點涉及比特幣挖礦作業(yè)產(chǎn)生的熱量再利用。比特幣礦工可能有經(jīng)濟動機去捕獲和再利用廢熱，從而減少其他地方的能源消耗。涵蓋多種應(yīng)用場景，包括溫室、住宅建筑、供水系統(tǒng)、游泳池、食品和木材干燥以及酒精蒸餾。不過，迄今為止，比特幣挖礦設(shè)施余熱利用的實際案例似乎限制于試點項目。

總結(jié)：比特幣挖礦對氣候的四大貢獻(xiàn)包括：1. 參與大型靈活負(fù)載（LFL）限電計劃；2. 減少甲烷排放；3. 促進(jìn)可再生能源發(fā)展；4. 挖礦廢熱再利用，減少其他能源消耗。

比特幣挖礦的氣候成本

自 2008 年誕生以來，比特幣的全球挖礦足跡不斷增加并發(fā)生了顯著變化。 研究估計，截至 2018 年，2/3 的挖礦位于亞洲，2021 年 6 月中國頒布挖礦禁令后，礦工紛紛轉(zhuǎn)移到哈薩克斯坦和美國，而礦工涌向美國的趨勢仍在繼續(xù)。 根據(jù)白宮科技政策辦公室的報告，美國算力份額從 2020 年的 3.5% 上升至 2022 年 8 月的 38%，占美國總用電量的 0.9% 至 1.7%——相當(dāng)于所有住宅照明用電的總和。

為了更深入地了解美國目前的挖礦足跡，我們對上市礦商的公司文件進(jìn)行了評估。近年來，幾家比特幣礦業(yè)公司上市，導(dǎo)致該行業(yè)歷來不愿分享信息的公司承擔(dān)了披露義務(wù)。我們確定了 19 家上市礦企，并分析了在美國運營的 13 家礦企的數(shù)據(jù)，截至 2022 年底，這 13 家礦企占網(wǎng)絡(luò)總算力的 1/4。

使用電網(wǎng)平均排放因子，我們發(fā)現(xiàn)我們分析的 13 家礦企所消耗電力的碳強度為 397 克二氧化碳/kWh，幾乎等同于美國電網(wǎng)平均值 387 克二氧化碳/kWh。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，僅這 13 家美國上市礦企每年就排放 720 萬噸二氧化碳，超過了整個佛蒙特州的碳排放量。

美國上市礦企挖礦設(shè)施的位置和挖礦業(yè)務(wù)碳排放量

與此同時，比特幣挖礦業(yè)聲稱其使用的電力組合的平均碳強度遠(yuǎn)低于電網(wǎng)平均水平。 例如，比特幣礦業(yè)委員會表示，58.9% 的電力來自可持續(xù)能源。 假設(shè)其余部分依賴化石燃料，與美國目前天然氣、煤炭和石油的份額一致，這將導(dǎo)致碳強度達(dá)到 272 克二氧化碳/kWh，幾乎比美國電網(wǎng)平均水平低 1/3。 不過，這些說法尚缺乏信息來驗證其可信度。

因此，比特幣挖礦業(yè)要想證明其氣候效益，就必須了解既定的碳核算規(guī)則是如何運作的。溫室氣體協(xié)議（GHG Protocol）是使用最廣泛的碳核算標(biāo)準(zhǔn)，它提供了兩種互補的方法來核算外購電力的排放量，這兩種方法可以同時使用，即所謂的「雙重報告」。首先，基于位置的方法要求公司報告與所輸送的電力相關(guān)的排放量。在大多數(shù)情況下，這對應(yīng)于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的平均排放強度，因為該方法只考慮可再生能源發(fā)電的直接輸送。其次，基于市場的方法要求公司報告與所購電力相關(guān)的排放量，例如電力購買協(xié)議、供應(yīng)商特定合同或能源屬性證書。

基于市場的方法允許比特幣礦工驗證他們的可再生能源使用聲明，但他們必須遵守報告標(biāo)準(zhǔn)才能做出可信的聲明。全球倡議，如 RE100，提供了基于溫室氣體協(xié)議的指導(dǎo)，以規(guī)范可再生能源的定義，并要求報告公司擁有可再生能源電力的屬性證書。這同樣適用于自發(fā)電和直接線路連接，以避免有人已經(jīng)將屬性證書計算在內(nèi)。隨著比特幣挖礦行業(yè)的成熟，我們希望看到可靠的可再生能源使用數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升，這將使得研究人員和監(jiān)管機構(gòu)能夠超越使用電網(wǎng)平均值，來評估比特幣挖礦的氣候成本。

監(jiān)管辯論

監(jiān)管有可能使人們更全面地了解與比特幣挖礦相關(guān)的環(huán)境后果。盡管上市礦商的強制性披露義務(wù)提供了有關(guān)運營規(guī)模和地理分布的關(guān)鍵信息，但能源結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵細(xì)節(jié)往往披露不充分。引入額外的環(huán)境披露要求，并將具體的透明度措施擴展到大型私營礦商，可以進(jìn)一步提高氣候成本的透明度。不過，還必須密切關(guān)注潛在的氣候惠益。當(dāng)前的辯論經(jīng)常給能源消耗本身賦予負(fù)面含義，而在某些情況下這是沒有道理的。盡管如此，謹(jǐn)慎行事并嚴(yán)格審查潛在氣候效益的功效仍然至關(guān)重要，以避免“漂綠”（greenwashing）。

鑒于比特幣挖礦的增長和對當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的直接影響，美國聯(lián)邦和州兩級政府已經(jīng)對比特幣挖礦進(jìn)行了監(jiān)管。2022 年 9 月，白宮的一份報告強調(diào)了提高透明度的必要性，而《2022 年加密資產(chǎn)環(huán)境透明度法案》（Crypto-Asset Environmental Transparency Act of 2022）則為如何評估美國加密貨幣挖礦的影響提供了進(jìn)一步指導(dǎo)。2023 年 3 月，參議員 Edward Markey 和眾議員 Jared Huffman 再次呼吁制定《加密資產(chǎn)環(huán)境透明度法案》。此外，美國環(huán)保署本身也在考慮對加密挖礦設(shè)施實施報告規(guī)則，以評估其環(huán)境影響。最近，拜登總統(tǒng)的 2024 財年預(yù)算提案目標(biāo)是，對與挖礦活動相關(guān)的電費征收 30% 的稅。

在州一級，比特幣挖礦法規(guī)差異很大。一些州，如羅德島州、肯塔基州、愛荷華州、蒙大拿州、懷俄明州和賓夕法尼亞州，通過稅收減免等方式鼓勵挖礦活動。在蒙大拿州，基于區(qū)塊鏈的代幣不受安全法的約束。在懷俄明州，數(shù)字貨幣開發(fā)商、銷售商和交易所可享受某些證券和貨幣傳輸法律的豁免。賓夕法尼亞州向廢煤發(fā)電商提供每噸價值 4 美元的稅收優(yōu)惠，所產(chǎn)生的電力等可用于挖掘加密貨幣。

相比之下，紐約州是第 一個禁止加密貨幣挖礦的州，并暫停新的化石燃料發(fā)電項目兩年。在德克薩斯州，大型電力用戶需要獲得電網(wǎng)運營商的許可，ERCOT 宣布成立一個特別工作組，以更詳細(xì)地評估大型用戶的影響。俄勒岡州和華盛頓州等挖礦熱點地區(qū)也在考慮未來對挖礦進(jìn)行監(jiān)管。

比特幣挖礦業(yè)還將受到美國證券交易委員會（SEC）和聯(lián)邦儲備系統(tǒng)（FED）等金融監(jiān)管機構(gòu)正在制定的規(guī)則的影響。SEC 將發(fā)布碳核算和氣候風(fēng)險披露規(guī)則，這很可能涉及上市礦商的碳披露規(guī)則，而 FED 也正在制定規(guī)則，以確保參與加密貨幣相關(guān)活動的銀行具備適當(dāng)?shù)娘L(fēng)控措施，包括與氣候相關(guān)的風(fēng)控措施。

結(jié)語

上市礦商披露的數(shù)據(jù)——以及未來潛在的全行業(yè)披露——可能有助于改善現(xiàn)有的挖礦地圖。 例如，我們對美國的研究結(jié)果表明，先前估計的德州比特幣挖礦活動占比略高于 4%（2021 年 12 月），但現(xiàn)在已經(jīng)增加到 15% 以上（2022 年 12 月）。 此外，美國和加拿大的份額可能大幅增加，超出了之前假設(shè)的 44%。

鑒于比特幣挖礦業(yè)在美國的預(yù)期增長，提高透明度對于量化氣候效益和成本至關(guān)重要。加密貨幣礦工已申請將多達(dá) 33 千兆瓦的電力接入德州的電網(wǎng)，幾乎相當(dāng)于目前 ERCOT 總運營能力的 1/4。

歐盟監(jiān)管機構(gòu)表現(xiàn)出了積極主動性，并率先要求通過加密資產(chǎn)市場（MiCA）框架中的額外 ESG 披露規(guī)則來提高透明度。此外，歐盟《企業(yè)可持續(xù)發(fā)展報告指令》（CSRD）規(guī)定的碳披露義務(wù)，或美國 SEC 即將出臺的規(guī)則也將至少適用于上市礦商。我們認(rèn)為，透明度是教育比特幣用戶，讓公眾、監(jiān)管機構(gòu)和政策制定者了解與比特幣挖礦相關(guān)的氣候效益和成本的重要第 一步。

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