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加密貨幣網路是吃電怪獸?吃掉綠色能源

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科技產業資訊室 (iKnow) - Lisa & May 發表於 2021年3月8日
圖、加密貨幣網路是吃電大戶? 

由於比特幣「挖礦」運行需消耗大量電力,進而造成環境污染,不符合「碳中和」政策。英國劍橋大學的研究顯示,比特幣(Bitcoin)消耗的電力比阿根廷整個國家還要多。比特幣使用大量的電腦計算來驗證交易的挖礦行為,每年消耗約121.36百萬兆瓦時(TWh),大約可供劍橋大學長達688年的耗電使用。
 
劍橋研究團隊使用一個專門估算加密貨幣所需能源的分析工具,得知比特幣的耗電量高於許多工業國家,例如:阿根廷(121 TWh)、荷蘭(108.8 TWh)和阿拉伯聯合大公國(113.20 TWh)之上,比特幣的耗電量已經接近挪威(122.20 TWh)的水準。
 
隨著比特幣價格的上漲,目前比特幣價格高達50,628美元。除非,比特幣價值下滑,否則消耗的電力不太可能下降,還會增加二氧化碳的排放。
  

 
加密貨幣網路對綠色能源影響
 
比特幣網路在2009年推出沒多久後,密碼學家和比特幣先驅Hal Finney就想知道「如何減少比特幣造成的二氧化碳排放」。透過工作量證明(proof-of-work)的共識機制,比特幣的創造者中本聰(Satoshi Nakamoto)為了讓比特幣底層的區塊鏈發揮作用,嵌入了網路耗費資源的要求。Hal Finney很快意識到,隨著網路的不斷發展,加密貨幣網路的環境足跡也會不斷增加。
 
這幾年來,比特幣挖礦的耗能問題備受關注,成為學術界的熱門話題,特幣能源消耗指數(Bitcoin Energy Consumption Index,BECI)和劍橋比特幣電力消耗指數(Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index ,CBECI)等資料,甚至提供每日比特幣挖礦所需能源總量估算。
 
從2020年8月3日和4日發表的兩項新研究顯示,在加密貨幣挖礦的真實環境成本方面,我們只看到了冰山一角。能源研究與社會科學(Energy Research & Social Science)期刊發布的《比特幣的耗能被低估:動態市場衡量》(Bitcoin’s energy consumption is underestimated: A market dynamics approach)論文認為,目前關於比特幣網路的能源需求,都屬於較保守估計。該論文指出,常見的能源估計方法不僅沒有加入產業參與者的行為,而且沒有正確捉住市場環境。該論文最後指出,保守估計下,比特幣的能源需求不應該低於每年87.1百萬兆瓦時的電能(相當於比利時的耗能),而且實際數字可能更高。
 
期刊Joule一篇題為《比特幣之外的加密貨幣的能源消耗》(Energy Consumption of Cryptocurrencies Beyond Bitcoin)的論文,強調比特幣並不是唯一基於工作量證明的加密貨幣。該論文認為,比特幣佔加密貨幣挖礦總能源需求的三分之二。意味著到目前為止,加密貨幣相關的環境成本很大部分隱藏在公眾對比特幣網路的關注背後。唯一的例外是以太坊(Ethereum)網路的能源消耗指數,但這仍然只捉到三分之一剩餘能源需求。
 
以上這兩篇論文,都在試圖提升公眾對加密貨幣所帶來的環境影響的認知。目標最終人們能採取正確的應對措施,制定緩解方案,在此之前,人們需對整個加密貨幣領域有更全面的認識。
 
調整挖礦機制,可遏制加密貨幣對環境影響?
 
加密貨幣比特幣需大量能源而令人擔憂。Digiconomist創辦人、研究人員Alex de Vries認為,可再生能源發電量無法供應比特幣交易的機器所需的大量能源,他還強調比特幣網路產生的大量電子垃圾,並呼籲採取其他策略來遏制加密貨幣對環境的影響。
 
Alex de Vries發現,比特幣的能源消耗量是銀行業處理一筆交易的1200多倍。他還估計,比特幣在2018年消耗的電能相當於整個匈牙利。
 
比特幣的耗能問題主要在於其挖礦機制,其中礦工使用高耗能的技術搜索有效的密碼簽章,使比特幣區塊(記錄比特幣交易的檔)加入不斷加長的比特幣交易記錄清單,即所謂的「區塊鏈」。作為報酬,礦工或可獲得比特幣貨幣。
 
利用比特幣網路的計算能力和礦機的效率和材料等資訊,Alex de Vries發現了依賴可再生能源的主要問題。比特幣機器一旦被啟動,就不會被關閉,直到它無法繼續盈利運行。雖然電力需求保持不變,但為其提供能量的水電卻會發生波動。根據比特幣支持者的說法,礦工主要所在的中國四川省,在潮濕的夏季,水電的發電量是乾燥的冬季的三倍。氣候變遷預計只會加劇這種波動,而燃煤產生的能源通常被用來平衡這些波動。
 
Alex de Vries認為,基於這些發現,目前用於比特幣挖礦的可再生能源,不能被認為是綠色能源,這種將穩定的能源需求與變動的可再生能源產量相結合的挑戰,將一直存在,甚至可能激勵建設新的燃煤發電廠,以滿足更高的基礎需求。
 
還有,de Vries認為比特幣只是軟體,採礦機制可以改變。但挑戰在於,整個網路需同意這種改變。
 
挖礦設備製造更多電子垃圾
 
但Alex de Vries也指出,即使比特幣挖礦設備可以完全僅靠可再生能源運行,挖礦所使用的機器在壽命結束後,仍會作為電子垃圾丟棄。市場上最流行的專用積體電路(ASIC)礦機,只能用於挖掘比特幣,無法被重新利用。這意味著它很有可能和其他廢棄的電子產品一起被送到垃圾掩埋場或焚燒場,對環境造成破壞。該研究表明,比特幣目前產生的電子垃圾量與盧森堡等小國一樣多。所以,比特幣對環境造成的影響,需再深思。
 
然而,de Vries認為,這些負面影響可以透過改變比特幣挖礦的機制來避免。加密貨幣達世幣(Dash)和Nxt及以太幣(Ethereum),已經使用的權益證明(Proof-Of-Stake)機制,不依賴計算能力來構建區塊鏈。這一調整可以使比特幣的耗能降低99.99%,並消除對專門的且不可重複使用的硬體的需求。


比特幣「挖礦」技術與節能之取捨

比特幣「挖礦」是創新科技如何與節能政策取得平衡呢?中國內蒙古穩居中國比特幣「挖礦」領導地位,但內蒙古主要運用火力發電,比特幣等高耗能產業會對環境造成污染,不利綠色發展經濟目標,也有違大陸中央能耗管控策略。因此,正在研擬法規將礦機逼出當地,傳出業者計畫轉戰四川、雲南和新疆等地,或前往中亞的哈薩克發展。許多受政策影響的礦場已開始將礦機設備遷往四川、雲南和新疆等水電充足、電價便宜的地區。不過,西南地區的水電資源雖豐富,卻有豐枯水期之分,業者計畫隨季節來回遷移,豐水期在雲貴川等地挖礦,枯水期則前往路途較遠的新疆作業。 (1780字;圖1)
 
 
參考資料:
Cryptocurrency energy demand is still underestimated. Digiconomist, 2020/8/4.
New Academic Paper: Renewable Energy Will Not Solve Bitcoin’s Sustainability Problem. Digiconomist, 2019/3/14. 
Why Bitcoin Mining Consumes More Electricity Than Entire Countries. Interesting Engineering, 2021/2/11. 
“挖礦”究竟有多耗電?內蒙古擬清退比特幣礦場,礦主正轉移。廣州日報,2021/3/5。


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