比特币挖矿的成本是多少？深度解析比特币财富背后的价格

然而，在这种加密财富的背后，比特币矿工消耗了惊人的电力。根据剑桥研究人员公布的比特币耗电量指数，如果将比特币视为一个国家，其耗电量足以跻身全球前 30 名，目前“挖矿”活动的年耗电量约为 12< @1.36太瓦时（TWh，1太瓦时就是10亿千瓦时），超乎人们的想象，除非比特币价格大幅上涨，否则耗电量只会增加。

那么比特币区块链在中国运行所带来的电力消耗，以及当前和未来的碳排放模式如何？针对这个问题，中科院、清华大学月球系统科学系的专家团队及其合作者进行了建模分析。相关论文于 4 月 6 日发表在科学期刊《自然通讯》上。

图｜中国比特币区块链运营碳排放与可持续发展新政评估（来源：Nature Communications）

研究发现，在没有新政干预的情况下，中国比特币区块链的年能耗预计将在2024年达到峰值，约为296.59 TWh，并相应形成<@ 1.3050亿吨碳排放，在国外182个城市和42个行业中位居前十。此外，研究人员还分析了控制比特币挖矿碳排放水平的新政策措施。

被财富驱使的疯狂

近年来，基于系统动力学（SD）的模型被广泛应用于特定领域或行业的碳排放计算。在本文中，研究人员开发了比特币区块链碳排放模型（BBCE）来评估中国比特币网络运营在不同场景下的碳排放水平。

他们构建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。总体而言，BBCE模型由三个子系统组成：比特币区块链挖矿交易子系统、能源消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，当区块即将广播到比特币区块链时，为了增加挖出新区块并获得奖励的概率，矿工会投入更高的算力（也称为哈希rate) 进行挖矿，这将导致整个比特币网络。道路的计算能力增加。由于比特币挖矿过程中的煤炭消耗是由网络煤炭消耗和平均水价决定的，反过来会影响比特币矿工的动态行为。

BBCE 模型收集了比特币矿工在煤基和水基能源区域的碳足迹，为中国整个比特币行业开发了一个整体碳排放评估模型。其中，可变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力。在本研究中，它还作为单位 GDP 碳排放形成的次要诱因，为新政制定者对比特币挖矿征收惩罚性碳税提供指导。

比特币区块链奖励每四年减半，这意味着到 2140 年，在比特币区块链中广播一个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下跌。最后，通过结合碳和能源成本，比特币挖矿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 BBCE 模拟中的挖矿收益变为负数时，矿工逐渐停止在中国的挖矿或转移到其他地方。

基于 BBCE 模型的基准模拟，2024 年中国比特币行业的年煤炭消耗量将达到 296.59 TWh 的峰值，超过英国和沙特阿拉伯的能源消耗总量如果排在2016年各国碳排放榜第12位；相应地，比特币业务的碳排放量将在2024年达到<@1.每年3050亿吨的峰值。

在中国，比特币挖矿的排放量将在国外182个地级市和42个主要工业部门中排名前十，占中国发电排放量的约5.41%，行业最大碳排放量人均 GDP 排放量也将达到 10.77 公斤/美元。

虽然工作量证明 (PoW) 共识算法使比特币区块链能够以相对稳定的形式运行，但引人入胜的财富激励早已引发了一场持续不断的基于不同阵营专业比特币矿工升级的军备竞赛。

图｜工​​作量证明算法在比特币区块链上的碳足迹（来源：Nature Communications）

最初，矿工可以在通用计算机上使用传统的中央处理器 (CPU) 进行挖矿；后来，图形处理单元（GPU）也用于挖矿，提供比 CPU 更高的算力和计算能力；针对哈希优化的专用集成电路 (ASIC) 的大规模部署、快速的硬件迭代和激烈的挖矿竞争大大降低了比特币挖矿的资本化。

比特币挖矿活动的扩大和矿机的增加导致了巨大的能源消耗。碳排放量。令人担忧的是，在 2016 年 1 月 1 日至 2018 年 6 月 30 日期间，多达 1300 万吨的气体排放可归因于比特币区块链。

特别是在中国，由于专业矿机制造商和廉价电力供应，大部分挖矿过程在中国进行，中国矿池的计算能力约占整个比特币网络。超过 75%。

图｜比特币区块链中矿池分布（来源：Nature Communications）

但作为世界上最大的能源消费国之一，中国是《巴黎协定》的主要签署国，如果没有适当的干预和可行的新协议，中国密集的比特币区块链挖矿活动可能很快成为干扰中国的压力。碳减排努力。

新政不同场景下的发展趋势

根据 BBCE 模型的子系统构成，研究人员考虑了在比特币采矿业不同阶段实施的三个主要比特币新政，然后制定了比特币区块链碳排放的四种情景评估。

图 |场景参数设置（来源：Nature Communications）

在基准情景 (BM) 中，市场准入假设为 100%，这意味着允许盈利的比特币矿工/所有效率的矿工在中国运营。基于比特币矿工/矿工的实际区域统计，研究人员假设基线情景中 40% 的矿工位于煤焦发电区。

另外三种情况，为了节能降耗，对不同比特币挖矿程序的新政进行了调整。

具体来说，在比特币挖矿交易子系统中，市场准入标准加倍，即在市场准入（MA）场景下，禁止低效率和盈利的矿工进入中国比特币市场，强制新政制定者以高效的方式维护比特币区块链的网络稳定性。

在站点治理 (SR) 场景中，说服并建议 Mining Power County 的比特币矿工迁移到水资源丰富的地区，以利用相对较低的能源可用性成本。

在碳税情景（CT）中，碳税降低到初始值的两倍，以对比特币区块链的高碳排放施加更严厉的处罚。

利用上述情景，研究人员在 2014-2030 年的 BBCE 模拟中评估了比特币区块链的碳排放流量和能源消耗以及不同新政的碳和能源消耗减少效果。

结果是，如果没有任何新政干​​预，比特币区块链的碳排放模式将成为中国可持续发展努力的不可忽视的障碍。中国比特币区块链的年峰值能耗和碳排放量预计将超过美国、荷兰、西班牙和瑞典等一些发达国家。作为新政干预最少的基线评估，基线情景模拟了比特币区块链网络的自然运作。

在BM场景下，在中国，比特币区块链的年能耗将逐渐下降比特币难易度，最终在2024年达到峰值296.59 TWh/年，这预示着比特币行业运营将继续坚守为能源密集型模式。对于 CT 情景，由于碳排放惩罚，比特币行业的最高能源需求略有增加至 217.37 TWh；但 MA 和 SR 情景的结果表明，2024 年和 2025 年行业煤炭总消耗量将分别达到 350.11 Twh 和 319.80 Twh。

相比之下，在 SR 和 CT 场景中，比特币区块链的碳排放量显着降低，这说明了严厉的碳相关新政的积极影响。相反，在 MA 情景中，到 2025 年，比特币的碳排放量将急剧减少到 <@1.407.1 Gt。

图｜不同情景的年度模拟结果，年化煤耗（a）和碳排放量（b）（来源：Nature Communications）

基于 BBCE 模型的情景结果，基线情景表明比特币难易度，只要比特币挖矿在中国保持盈利，比特币行业运营产生的能源消耗和碳排放量将继续下降。这主要是由于工作量证明竞争机制的正反馈循环，这要求比特币矿工拥有先进的耗煤矿机，以减少获得区块奖励的机会。此外，所提出的系统动力学模型模拟的碳排放流和常年趋势与之前用于确定比特币区块链碳足迹的几个估计一致。

研究人员认为，在中国目前的国民经济和碳排放核算中，比特币区块链的运行并未单独列为碳排放和生产力估算的部门。这使新政制定者更容易监控比特币行业的实际行为并设计有针对性的新政。事实上，比特币网络上单笔交易的煤炭消耗量，比很多主流金融交易渠道都要少。

为了解决这个问题，研究人员建议新政制定者为比特币行业创建一个单独的监管账户，以更好地管理和控制该行业在中国的碳排放。

图 |比特币行业煤炭消耗和碳排放对比（来源：Nature Communications）

哪些管理措施更有效？

通过情景分析，研究人员认为，在限制比特币区块链运营的总能源消耗和碳排放方面，导致采矿活动能源消耗结构发生变化的新政策可能比直观的处罚更有效。 .

BM 情景下中国比特币行业的人均 GDP 碳排放量在整个模拟期间均小于其他所有情景，在 2026 年 6 月达到 10.77 kg/USD 的峰值。然而，研究人员发现MA和常规CT情景下新政在碳硬度增加方面的效力相当有限，即2027年8月新政对市场准入的效力有望提高，而新政的效力有望提高。预计碳税交易将持续到 2024 年 7 月。在所有预期的新政情景中，SR 表现出最佳效果，将比特币行业的人均 GDP 碳排放峰值降至 6 公斤/美元。

总体而言，比特币行业人均GDP碳排放量远超中国平均工业碳硬度，说明比特币区块链运营属于高碳密集型行业。

图 | BBCE情景评估对比（来源：Nature Communications）

在 BM 情景下，预计 2024 年 4 月比特币矿工的利润率将降至零，这意味着比特币矿工将逐渐停止在中国的挖矿，并将其业务转移到其他地方。然而，重要的是要注意，整个搬迁过程不会立即发生，沉没成本较高的矿工通常比沉没成本较低的矿工运营时间更长，并希望最终再次盈利。因此，与比特币挖矿相关的整体能源消耗在 2030 年底之前保持正数，届时几乎所有矿工都将迁往其他地方。

相应地，在BM场景下，网络算力估计为每秒1775 EH，总矿工成本最高可达12.68亿美元。比较其他三个新政情景的结果，在 CT 情景下，中国比特币挖矿的盈利能力预计会更快恶化。另一方面，比特币区块链在 MA 和 SR 场景下可以保持较长时间的盈利能力。

基于 BBCE 模拟的结果有一些有吸引力的推论：虽然 MA 方案提高了市场准入门槛并提高了比特币矿工的效率，但它实际上提高了，而不是增加了模拟结果的排放。在MA情景下，研究人员观察到了前几年研究提出的激励效应现象，这在工业新政的其他领域，如货币政策、交通法规和企业投资策略等方面也很明显。

本质上，新的市场准入政策的目的是限制中国效率低下的比特币矿工的挖矿业务。然而，幸存的矿工致力于挤压更多的网络哈希率，这决定了他们能否在更长的时间内保持盈利。此外，在 MA 情景下，中国比特币行业形成较多的 CO2 排放，主要归因于工作量证明（PoW）算法和比特币矿工的收益寻求行为。 MA 情景的结果表明，与市场准入相关的新政策在解决比特币区块链运营的碳密集型行为方面可能不太有效。

新碳税政策被公认为是减少碳消耗最有效、实施最广泛的新政策。然而，模拟结果表明，碳税对比特币行业的效果有限。 CT 场景的碳排放模式与 BM 场景一致，直到比特币矿工意识到他们的挖矿收益受到比特币挖矿惩罚性碳税的影响。

相比之下，SR场景下的模拟数据表明，它也可以为比特币区块链运营的碳排放量提供负反馈，与BM场景相比，SR场景下比特币行业的人均GDP最大。碳排放量减少了一半。

值得注意的是，虽然 SR 情景下比特币采矿业的年度煤炭消耗峰值低于 BM 情景下，但 SR 情景下有较高比例的矿工搬迁。前往水资源丰富的地区进行比特币挖矿作业。因此，与 BM 选项相比，这自然会增加相关的碳成本。

区块链技术是无辜的

总的来说，在限制比特币挖矿准入、改变矿工能源消费结构、实施碳排放税等不同新政策的干预下，比特币并未受到影响。区块链的碳排放硬度仍远超中国行业平均排放硬度。

这一结果表明，比特币作为区块链技术的典型案例，在不久的将来可能会成为一个不可小觑的能源和碳密集型产业。

但是，比特币背后的区块链技术，其去中心化的特性以及以共识算法为信任机制的模型，仍然提供了一种新的解决方案，这对各行各业的发展非常重要。远程交易既有益又创新。近年来，区块链技术已被大量寻求优化其运营流程的传统行业引入和采用，例如供应链金融、智能合约、国际商业和贸易以及制造运营。

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