作者：Alexander?Neumueller、Digital?Assets?CBECI?Project?Lead
比特币挖矿对环境影响的争论主要围绕着电力消耗问题。然而，比特币的环境足迹问题更微妙和复杂，它需要独立的数据来为循证公开辩论提供信息。
在过去的几年里，比特币越来越受欢迎，一些人甚至认为区块链网络已经成为主流。最近对机构投资者的一项调查证实了这一趋势-人们的共识似乎是，比特币的声誉已经改善，并摆脱了其作为非法活动热点的负面形象。然而，比特币的日益普及凸显了与比特币生产相关的环境问题，即能源密集型的“挖矿”过程，其本质是在寻找解决复杂数学问题的答案。
环保人士、金融机构以及政策制定者越来越担心比特币看起来永无止境的耗电行为，及其相关的环境影响。考虑到国家的耗电量，以及国际社会为应对气候变化而做出的关于加强脱碳行动更强有力的承诺，乍一看，比特币似乎破坏了这些努力。这引发了支持者和反对者之间关于监管干预必要性的激烈辩论。
对一些人来说，比特币是一场灾难，它将破坏我们几十年来取得的环境进步，并且可能导致全球变暖超过2℃。支持者反驳说，比特币实际上可以帮助人类对抗气候变化，还可以提供其他各种好处。观察双方的论点，有些说法有点牵强附会，过于简单化，而另一些说法的信息支撑实际上并不充分。
鉴于比特币挖矿涉及重大的环境、财政和社会利益，毫无疑问，其中有因素；双方的利益集团都在争夺解释权，以使公众舆论向有利于自己的一方倾斜，并说服政策制定者相信监管的必要性。这就造成了一种情况，即重要的政策和投资决策可能受到偏见和精心挑选的数据点的影响。因此，认识到比特币的环境足迹问题比快速得出的结论要更加微妙和复杂，是比以往任何时候都更重要的。
组装正在构建的模块
剑桥比特币用电量指数(CBECI)于2019年7月推出，来满足日益增长的基于可靠数据的观察比特币用电量的需求。鉴于公众对这一话题的兴趣越来越大，CCAF的工作在有组织地发展中，并逐步扩大了索引的范围，最终提供必要的构建模块，来提供比特币的环境足迹的更完整的图像。
动态 | 币安研究院：Defi相较传统金融产品具有“透明度和价格效率”等三个优势:币安研究院在6月6日发布的“Defi”主题报告中提到：与传统金融产品相比，分散式、非托管协议提供了一些有前景的优势，例如：1. 透明度和价格效率，因为价格取决于市场需求；2. 借贷资本时的便利和速度；2. 审查阻力及不变性。然而，其同时存在技术风险（智能合约风险取代交易对手风险）及流动性低（限制以当前利率借贷，但不会对平衡利率产生重大影响）等两个劣势。[2019/6/7]
该指数工具的第一版基于技术经济模型，通过对每日耗电量的估算，得出全球比特币挖矿活动的耗电量。随着时间的推移，历史电力需求和累计电力消耗等额外的特征被添加到该指数中。然而，为了更好地了解比特币对环境的影响程度，还需要比特币挖矿位置的信息。
为了解决这一知识差距，该索引工具于2020年5月进行更新，整合了一个新工具，即挖矿地图，该地图显示了哈希率随时间的地理分布。由此产生的纵向数据集通过与几个主要比特币挖矿池的独家合作关系获得，从2019年9月开始每月提供一次，并对挖矿的地理位置提供独特的见解。
这次更新提供了评估比特币环境足迹所需的基础——将之前研究的发现与发电中使用的能源的区域数据相结合。这些信息对于解释比特币挖矿地区特定电力组合的差异至关重要。
最终，新的指数工具对比特币相关的年化以及总温室气体排放进行每日估计。有关估计数将分为三个时间间隔来记录，具体根据各期间有哪些数据是可获得的来确定。更多关于该方法的信息可以在CBECI网站上找到。更新还包括比特币的电力结构以及对排放强度的细分。与电力消耗指数类似，更新将包括一个全面的部分，专门将比特币的环境足迹与其他行业、活动和国家进行比较。
重要发现
综合之前提到的所有发现，该指数估计，到2022年9月中旬，约199.65MtCO2e(相当于100万吨二氧化碳)可以归因于自诞生以来的比特币网络。应该注意的是，约92%的排放发生在2018年之后，如图1所示。尽管排放量近年来急剧上升，但如今情况有所不同。目前，我们估计年化温室气体排放量为48.35MtCO2e(截至2022年9月21日)，比同期2021年估计的温室气体排放量(56.29MtCO2e)低14.1%，如图3所示(RHS)。
金色相对论 | 360安全研究员彭峙酿：区块链游戏在安全层面最大的问题是区块链项目编程和传统软件编程特性不太一样:在本期金色相对论之“Dapp游戏”中，针对金色财经内容合伙人佟扬“区块链游戏落地在安全层面最大的困难是什么”的提问，360核心安全事业部安全研究员彭峙酿博士表示，区块链游戏在安全层面最大的问题，是区块链项目本身编程模型的一些特性和传统软件编程特性不太一样。在传统安全模型中，一个协议，一个事件，是顺序发生的。而在区块链中，因为可能有 回滚、分叉的可能性，所以很多原本安全的方案和协议，不能直接放到区块链上使用。
另外一点就是，区块链因为去中心化的特性。 所以会导致性能上可能有一定缺陷。? ? 这个时候一些方案为了更好的体验，可能会一定程度上忽略安全性，从而导致问题。[2018/12/3]
图1:截至2022年9月21日总温室气体排放量
客观地看待最佳猜测估计值，48.35MtCO2e约占全球温室气体排放量的0.10%，与尼泊尔等国(48.37MtCO2e)和中非共和国(46.58MtCO2e)的排放量相当，大约是黄金开采的一半(100.4MtCO2e)。比特币排放量与其他行业、活动和国家相比的更详细的信息可以在CBECI网站上找到。
但是，为什么温室气体估计排放量会突然下降？简而言之，尽管哈希率保持相对不变，矿业盈利能力的大幅下降造成了耗电量的下降。乍一看，这个现象似乎是违反直觉的，所以让我们更深入地进行研究，并探索其背后的原因。图2(RHS)显示了矿工盈利能力下降对比特币矿工硬件选择的影响。关于CBECI方法的更全面的描述可以在CBECI网站上找到。它基于这样一个假设：比特币矿工是理性的经济代理人，因此只会使用有利可图的硬件。
考虑到最近每单位算力的采矿收入急剧下降，矿工向更高效硬件的转移，这导致老式的、效率较低的硬件退役。这一假设似乎被比特币矿工的轶事证据证实了。观察图2左边的图表，这种转变的影响变得更加明显。比较比特币网络哈希率的增长与2021年1月1日至2022年9月21日期间估计的年耗电量，哈希率从137.76EH/s提高到242.13EH/s(+75.8%)；用电量从96.48TWh下降到95.42TWh(-1.1%)。最终，采矿硬件效率的提高导致年温室气体排放估计量远远低于2021年水平。
声音 | 清华大学国家金融研究院鑫苑Fintech中心副主任：分布式总体节约成本 将改变传统行业 ?:8月15日，由UBI主办“全球区块链合作联盟”成立大会上，清华大学国家金融研究院鑫苑Fintech(金融科技)中心副主任李志杰指出，分布式比集中式要花费更多时间，但这是完成工作必经的投入，其有效减少了由于信任缺失产生的发现成本，谈判成本和其他成本。非集中化的交易机制，让集中化的根本弊端得以解决，也提高了价值中枢效率，从而改变传统产业、夕阳产业。李志杰还表示，现在还看不到数字货币归零的可能性，主要关注如何进行区块链投资。[2018/8/15]
图2:截至2022年9月21日矿业盈利能力对用电量的影响
除了最佳猜测估计值之外，图3还进一步展示了两个异常值，即整个网络完全由水力发电或完全由煤电供电时的排放量，定义出包含最佳猜测估计值的范围。选择这两种能源是为了显示在给定的电力消耗水平时，根据为电网供电的能源的不同，温室气体排放的巨大差异，水力发电代表最好的情况，而煤电则代表最坏的情况。在纯水电的假设下，比特币将排放约2.00MtCO2e；只使用煤炭的情况下，这个数字从47增加到95.51MtCO2e。这种显著的差异突出了更详细地研究比特币电力结构的重要性，以及区分电力消耗和气候影响的必要性。这两者虽然千丝万缕地联系在一起，但并不是一回事。
图3:截至2022年9月21日的年化温室气体排放量
请注意，有必要强调的是，估计比特币环境足迹的方法基于使用公开数据的理论模型，而非实际观察。这导致估算的方法存在许多明显的局限性。例如，某些可能会减少排放的活动，如使用伴生气、离网比特币挖矿、废热回收或碳补偿等等，都没有被计算在内。关于方法论上权衡的详细列表超出了本文的范围，可以在CBECI网站上找到更完整的限制列表。
研究机构：加密货币交易所上币费约高出传统证券交易所10倍:Autonomy Research周二发布的报告表明，加密货币上币费可能比传统交易所对证券的收费高出10倍。加密货币上交易所成本范围从100万美元到300万美元不等。这些数据基于市场参与者间的交谈，并不精确。报告还称，相比之下，传统交易所大约收取12.5万-30万美元费用，再加上10万到50万美元列出完全注册股票的年费。根据数据，除了营销费用之外，项目顾问往往收取大约5%费用，这与投行家在IPO中收取的费用的3％至8％类似。[2018/4/4]
比特币挖矿的可持续性如何?
新工具还提供了比特币电力组合的更详细信息。观察2022年1月发现，煤炭是最大的单一能源，占36.6%的份额，水电是最大的可持续能源，占14.9%的份额。总体而言，结果显示，化石燃料占总电力结构的近三分之二(62.4%)，可持续能源占37.6%。因此，研究结果明显偏离了行业对可持续能源在比特币电力组合中的份额为59.5%的预估。
使用CBECIs最新的可获得数据，比特币的预估电力组合对应的排放强度为506.71MtCO2e。由于目前只有1月份的数据，还无法评估2021年至2022年的排放强度上如何变化的，因此将2020年比特币的平均排放强度(491.24MtCO2e)与2021年的平均排放强度(531.81MtCO2e)进行了比较，可以得出，电力结构的可持续性已经恶化。
图4显示了自获得数据以来，比特币的电力组合随时间的变化。截至2021年，电力结构的波动已明显减少。之前这些变化的原因是比特币挖矿业务随着季节变化在中国迁移。在2021年6月中国政府强制禁止加密货币挖矿之前，投机的矿工利用春末/秋末雨季的优惠电价，也就是水位上升的时候，从火电地区转移到水电丰富的地区。在此期间，水电占比分别在2019年和2020年达到48.7%和50.4%的峰值，并在秋末/春季触底至25.6%和19.0%，此时由于水位下降，矿工迁移回火电地区。因此，考虑季节性迁移至关重要，因为这些迁移显著改变了电力结构。然而，尽管中国在2019年9月仍然占到总哈希率的四分之三以上，极大地影响了比特币的电力结构，但在接下来的有记录的几个月里，其份额逐渐下降，在2021年7月见底，为0%。
比特币将迅速改变金融行业 剑桥大学教授称其为经济奇迹:剑桥大学和伦敦经济学院的经济史学家Garrick Hileman博士在接受采访时称比特币是一个经济奇迹。比特币在过去十一个月里对全球金融体系产生了重大影响，并将继续迅速改变金融行业。随着机构投资者进入比特币市场，如今比特币市值已经超过了许多知名的银行。[2017/11/29]
虽然最新的更新显示，中国的哈希率占比从2021年7月和8月的0%突然反弹到2021年9月的22.3%，但该国对整体电力结构的影响仍然有限，因为在最近有记录的几个月里，其占比比2019年和2020年低得多。然而，总体而言，比特币相关排放强度从2020年到2021年的恶化，还是由中国国内缺乏季节性迁移所导致的，这表明中国政府禁止加密货币挖矿，以及由此导致的比特币挖矿活动向其他国家的转移，对比特币的环境足迹产生了负面影响。
图4:比特币以能源分类的耗电量(月)
虽然假设中国境内的季节性迁移在挖矿禁令生效后停止了，但这仍然证明了在研究比特币的气候影响时，考虑采矿位置的重要性。受该地区用于发电的能源的影响，每个观察到的地区有自身的电力组合情况，这进一步影响了比特币挖矿的排放强度。例如，在瑞典等国家，可持续能源在发电中所占的份额约为98%，而哈萨克斯坦等国家仍然严重依赖化石燃料，可持续能源仅占电力结构的不到11%。因此，在确定比特币的环境足迹时，将总哈希率的适当份额分配到对应区域十分重要。
总的来说，从年度数据来看，一些趋势变得很明显。随着中国在总哈希率中的份额逐渐下降，比特币的电力结构变得更加多样化。2020年水电和煤电占比分别为33.7%和40.4%，到2021年分别下降至18.5%和38.2%。相比之下，天然气和核能的份额显著增加，反映出挖矿权力向美国的转移。如前所述，因为缺少全年的数据，应谨慎分析2019年和2022年。
图5:比特币以能源分类的耗电量
展望未来
比特币挖矿行业在不断变化，这种演变需要捕捉并反映到未来的评估中。因此，随着时间的推移，获得越来越多的、粒度更精细的数据，该工具将继续调整，研究方法也将逐渐从抽象世界转移到现实世界。而关于比特币挖矿，有趣的概念和发展已经出现。这些方法从废热回收到使用伴生气，以及将比特币挖矿作为减少可再生能源削减的手段来作为可再生基础设施项目的催化剂。时间将会证明，这些是不是无法兑现承诺的新奇想法，或是不是会未来比特币矿业更不可或缺的一部分。此外，在上次的挖矿地图更新之后，新的数据仍然无法解释全球哈希率分布的最新发展，以及这段时间内电力结构的变化情况。希望在今后的更新中能对这一问题提供更明确的说明。
此外，由于CBECI致力于研究比特币，在新平台上以扩大CDAP对电力消耗的研究范围到各种其他区块链网络的工作进展十分良好。
作为这次更新的一部分，我们实现了一系列的视觉变化，并增加了网站的其他功能，以增强用户体验。在CBECI网站上可以找到所有更改的完整列表。CCAF期待与合作伙伴和网络继续合作，进一步完善指数工具，并始终欢迎来自生态系统的建设性反馈和建议。您可以通过CBECI网站与团队取得联系。
关于剑桥数字资产计划
本文是剑桥数字资产计划(CDAP)下发布的一系列研究成果中的最新成果。CDAP是一个多年的研究计划，由剑桥替代金融中心(CCAF)主办，与16个著名的公共和私人机构合作。该项目旨在提供必要的数据集、数字工具和见解，以促进关于日益增长的数字资产生态系统所带来的有关机会和风险的平衡且公开的对话，最终目标是通过开放获取研究，来为循证决策和监管提供信息。
CDAP的合作机构有埃森哲、国际清算银行(BIS)创新中心、英国国际投资(BII)、迪拜国际金融中心(DIFC)、安永、富达、英国外交、联邦和发展办公室(FCDO)、高盛、美洲开发银行(IDB)、国际货币基金组织(IMF)、景顺、伦敦证券交易所集团(LSEG)、万事达卡、MSCI、维萨和世界银行。
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原文链接：https://www.jbs.cam.ac.uk/insight/2022/a-deep-dive-into-bitcoins-environmental-impact/
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