编译 | Moni

能源

上世纪末,互联网经济开始腾飞。但在 1999 年 5 月 31 日,《福布斯》发表了一篇文章,声称「有理由预计在未来十年内,一半的电网将为数字互联网经济提供动力,这篇文章还指责互联网(尤其是硬件公司)消耗了大量化石燃料,并使世界处于「危险的能源使用轨迹」之上。

2000 年,加州能源危机爆发后又引发了全美范围有关能源使用问题的讨论,这种说法也逐渐成为主流,数十家知名媒体引用了 Mills 空气质量报告,声称互联网正在逐步吞噬能源供应。摩根大通、美国银行和德意志银行的内部报告也引用了相关数字,结果很快便导致人们对此问题的争论,最终——对于这种挑衅性的主张,社会上达成了一个令人震惊的共识,互联网会影响环境!

有问题吗?显然有问题!因为这些预测是错误的。Mills 报告的计算充满了错误,根据后来估计,他们计算的互联网能耗使用数据至少高了八分之一。在《福布斯》文章发表二十年后的今天,数据清楚地表明,错误的预测会给新兴行业带来厄运和阴霾。就算我们把数据拉到极限,预测显示到 2025 年互联网公司的能耗仅占全球能源消耗的 20%,而且许多科技巨头都已完全过渡到可再生能源。

能源

上图资料来源:《福布斯》

 

换句话说,尽管对互联网的早期能源预测令人发指,并且输出的结果也非常不准确,但直到今天,这种荒谬的做法依然存在。

在我看来,围绕比特币今天的能源使用量辩论——即使有时勉强算是一个问题——与早期互联网那些能耗批评有着惊人的相似之处。最近马斯克在推特上发文称:

「出于比特币对环境影响担忧,特斯拉暂停比特币付款。加密货币是个很棒的想法,我们相信它的前途很光明,但这不能以巨大的环境成本为代价。特斯拉不会出售比特币,一旦它的采矿方式过渡为可持续能源,我们将继续使用它来进行交易。我们也正在考虑使用能源消耗更低的加密货币(<1% 的比特币能源消耗)。」

还有许多类似的新闻都将加密货币描绘成导致气候变化加速的主要原因,显然,这个问题是深刻的、细微的、并且充满误解的。

毫无疑问,我们需要为可持续能源发展的未来铺平道路,这点非常重要。但是,对于任何「指控」科技公司影响气候变化的现象,我们同样需要认真对待。假如现在的我们回到 21 世纪之初,还会相信他们当时的媒体报道吗?将注意力转移到长期可持续性发展上没有问题,但不要因为这些问题影响科技发展进程,任何一次犯错都会带来严重后果。

需要说明的是,本文不是解决加密公司能耗问题的「硬道理」,只是一个加密货币支持者在遇到气候变化问题和比特币能耗问题时给出的「思考框架」。

 比特币使用能源是有原因的

 

尽管数字货币在比特币之前就已经存在,但它们遇到了许多技术问题,迫使其不得不保持中心化,从而限制了自身潜力。值得注意的是,中本聪(Satoshi Nakamoto)解决了棘手的「双花」问题。简而言之,比特币是第一种真正稀缺的去中心化数字货币。

为了使该区块链保持安全,需要一种「共识算法」来验证交易。实际上,中本聪在设计比特币系统时,其实可以简单地制定多数表决算法。换句话说,每个节点都有一个投票权,如果简单多数(> 50%)的网络参与者确认了交易有效性,那么就可以认定该交易时有效的。但是,这样做也有问题,即:恶意行为者可以创建无限数量的这些节点,从而使「诚实」的节点无法承受。由于创建额外节点无需花费任何成本,因此可以创建假的或「Sybil」身份——这称为 Sybil 攻击。

中本聪的伟大在于——节点运行必须要「花钱」,这样就能让区块链可以抵御 Sybil 攻击。受此想法启发,比特币使用一种称为「工作量证明」(Proof-of-Work)的共识算法。比特币矿工是验证交易的节点,通常必须使用专门的硬件来解决计算数学难题,由于此过程消耗的能源成本不菲,因此就能确保比特币区块链使攻击者难以「压倒」整个网络。

更重要的是,消耗的能源其实并没有被「浪费」,正如媒体有时所描述的那样。一旦了解了为什么选择工作量证明的基本原理,就很清楚,比特币的能源消耗是一种功能(feature),而不是一种系统设计错误。

虽然比特币、莱特币、门罗币和其他加密货币都使用工作量证明,但不少加密货币已经开始部署新的、能耗较低的共识算法。举个例子,以太坊目前正在过渡到权益证明(PoS)共识算法,这是一种不需要过多能耗的交易验证方式。因此,现在针对加密货币能源的辩论,其实比许多人想象的要狭隘得多。目前对加密货币能耗的批评并不是一个广泛反对加密货币或去中心化的论点,因为有时这些批评是有框架的,坦率地说,这实际上是对一种特定共识机制的批评,该共识就是:工作量证明。

 量化比特币排放量

 

量化比特币的能源使用量其实并不难:您可以直接查看公开可用的哈希功率、网络难度和采矿设备效率统计信息,就可以计算出相关指标数据。

但是,能源消耗和碳排放是两个截然不同的事物,尽管它们有时是相关的,但碳排放本质上是由所用能源的类型而不是数量决定的。由于我们缺少有关比特币矿工的相关信息(例如矿工使用的硬件及其能耗),因此,要对碳排放做出可靠的计算非常困难。

尽管存在挑战,但许多学者仍在尝试量化比特币的碳足迹。然而,最近由卡米洛·莫拉(Camilo Mora)和夏威夷大学其他教授发表一篇关于该主题的论文得出了令人沮丧的预测(该论文在行业内已被多次引用):

在这里,我们发现,按照当前广泛采用技术(也就是工作量证明)、以及采用率来预测比特币使用量,就可以得出一个结论,即:比特币产生了大量二氧化碳排放量,从而会在不到三十年的时间内将地球温度升高 2°C 以上。

实际上,这个预测非常夸张。但是,Camilo Mora 的论文可以说是与工作量证明相关的、最有影响力的研究。如果仔细调查媒体对比特币能源使用的报道,就会发现这篇论文经常被引述,而且用的最多的一句话就是「会在不到三十年的时间内将地球温度升高 2°C 以上」,这个假设虽然是谬误,但却已经在许多人脑海中根深蒂固。考虑到这篇论文的重要性,我们值得进一步深入研究。

在计算比特币能耗时,Camilo Mora 使用的方法相对简单,他们估算了采矿设备的效率,使用了其相对位置的平均碳排放量,并结合了比特币的增长预测来衡量未来碳排放量。

但是,最近已经有人直接质疑 Camilo Mora 的研究并指出了一系列错误,这些错误导致对比特币碳排放量被高估,相关质疑主要有几下几个:

1、没有考虑与能源有关的技术正在不断进步。Camilo Mora 的研究认为,采矿设备的效率和网格碳强度在下一世纪保持不变。换句话说,他假设在未来 100 年内采矿硬件和能源网格的排放量将保持不变,这是一个非常不可思议的假设。用一位批评家的话来说:「这个可疑的选择忽略了采矿设备和电网技术进步特性,而且在许多前瞻性能源技术方案中都会考虑技术进步这件事,而 Camilo Mora 却刻意忽略这个问题。」

2、预测比特币普及度会达到前所未有的速度。 Camilo Mora 使用过去 40 种技术(例如手机、计算机和吸尘器)的增长轨迹来预测比特币的增长,虽然这种比较有一定参考性,但会得出一些极其不合理的预测结果:

具体来说,Camilo Mora 发现比特币交易在 2017 年总计 1.04 亿笔交易,仅占全球无现金交易的 0.03%,但是到 2019 年将突然跃升至 780 亿笔(短短两年内增长 750 倍),到 2020 年达到 110 亿笔的中值场景(增长了 108 倍),预计到 2023 年将达到 80 亿(增长 76 倍)。这与历史趋势明显不符(补充图 4),并且从数学角度上看,这种估算法师只会导致近期的大量排放增加。

通过假设这样的增长率,研究人员估算的碳排放的确过高。相反,如果将比特币与相对较低的其他价值存储应用普及速度进行比较,则可以得出更合理的预测。

3、使交易与能源消耗并驾齐驱。在预测了未来比特币交易量之后,Camilo Mora 只将未来交易的数量乘以当前的排放估算值便得出「总排放量值」——这是错误的:比特币能源消耗是基于区块难度,而不是交易数量。实际上,自从 Camilo Mora 进行研究以来,在过去三年中,即使比特币交易量达到高峰,矿工能源消耗也一直保持相对平稳。

就算 Camilo Mora 的交易预测是正确的,也没有证据支持这会导致能源消耗成比例增加。实际上,大多数专家认为,由于比特币减半导致挖出的 BTC 数量减少,比特币能源消耗将随着时间的推移而不断减少。

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在考虑了 Camilo Mora 的研究存在问题之后,我们应该知道一件事:不要轻易下结论:

结果表明,Camilo Mora 的研究存在关键错误,他们的研究得出与未来比特币碳排放量大不相同且令人震惊的预测。也就是说,该研究设计本身存在许多缺陷——举个例子,使用交易量作为估算指标、与 40 种不相关的技术进行比较、忽略了矿机设备的低能耗发展等。基于这些问题,我们认为 Camilo Mora 的研究方案从根本上来说是有缺陷的,研究人员、政策制定者或公众都不应认真对待其研究结果。

事实上,只需将 Camilo Mora 的研究原始预测(图 A)与更正该研究的谬误性假设(图 D)进行比较就会发现存在较大差异,真实情况是:在接下来的几十年中,比特币碳排放看起来相对平稳,几乎不会引起恐慌。

 

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上图资料来源:Masanet 等,2019 年。

 

本文介绍的内容并不详尽,但要点是:量化比特币的排放量是一个难题,许多最令人担忧的预测都使用了存在严重缺陷的方法。尽管我们特别选择了 Camilo Mora 的研究,但这在很大程度上是因为他的研究结果被广泛应用,其他研究人员通常也会犯类似的错误。

毫无疑问,了解比特币的碳足迹很重要。但是,识别、仔细检查和纠正错误预测同样重要。下次您看到与比特币的能源消耗有关的新统计数据时,需要追踪原始研究,可能就会发现一些令您感到惊讶的东西。

「苹果与苹果」的比较:相同技术的能耗对比

围绕比特币能源消耗的论述特别令人沮丧——首先,评估比特币能耗似乎可以选择一个随意的标准,我们很少(如果有的话)使用能耗来评估其他技术的价值,那么为什么要从比特币开始呢?与此相关的是,缺乏同类比较也令人感到惊讶。是的,比特币确实消耗能量,这是显而易见的。但更重要的是,在能耗问题上应该与同类技术进行比较,尤其那些已经被「视为可靠替代技术」的技术。

根据剑桥替代金融中心的数据显示,比特币目前每年使用大约 110 太瓦小时的能源,仅占全球用电量的 0.55%。

正如我们从 Camilo Mora 的研究中了解到的那样,能源消耗的估算值可能不准确,但我尝试编制一些合理的估算值,也有助于从大局上分析比特币能耗维内托。

最明显的比较是中心化金融(CeFi),大局对这方面的能源消耗并不陌生。仅实体银行分支机构、后端服务器和 ATM 每年就会消耗总计约 100 TwH 的能耗,这与比特币相当。而且,这一数字还不包括银行业的其他高排放行为,比如他们经常出差坐飞机,还有各种长途货运,都会造成大量碳排放。

由于比特币被称为「数字黄金」,因此也应将其与地球上的贵金属开采进行比较。据估计,开采 1 美元的铝所消耗的能量几乎是开采 1 美元比特币的十倍。但是,如果按美元价值计算,比特币目前比黄金和铜消耗更多的能源。但随着比特币矿池向可再生能源过渡,比特币将变得比黄金更「绿色」,这种转型对于金属采矿业来说要困难得多,。

 

我们还有一些其他比较:

* YouTube 视频的全球能耗量每年约为 600 TWh,是比特币的六倍;

* 全球视频游戏每年能耗量约为 104.7 TWh,与比特币大致相当,但他们几乎不使用可再生能源;

* 美国干衣机每年能耗量约为 93.6 TWh,而这还只是一个国家;

* 仅在美国,闲置的家用设备(即已插电源但不使用的电子设备)每年使用的能源就可以为比特币网络供电 1.5 年。

 

我可以继续进行比较,但我想现在已经清楚地表明了自己的观点:各行各业都消耗能源,而且能耗通常比您预期的要多得多。但是,能源消耗并没有本质上的坏处,也不是判断技术或活动道德价值的框架。

 

比特币与可再生能源的关系

 

比特币采矿之所以与众不同,是因为它确实与地理位置无关。实际上,无论在哪里,矿工都会获得经济激励,他们会寻找廉价的电源。结果,比特币采矿自然倾向于使用可再生能源,因为可再生能源更便宜,因此可以有更大的套利空间,并且经常有剩余。

当然,估算比特币挖矿的可再生能源使用比例很困难,但根据一份报告显示,目前 73%的矿场是碳中和的,还有一份报告则认为这一数字接近 39%。无论哪种方式,与其他技术、国家和组织构成相比,比特币挖矿使用的可再生能源比例仍高于平均水平。

为了可视化比特币消耗的能源类型,让我们看一下两个矿工集中的地点——

* 四川是中国挖矿第二大省,当地政府建设了大量水力发电设施,几乎是电网支持的两倍。

* 华盛顿是美国矿工最集中的地区之一,因为哥伦比亚河周边可以提供廉价的水力发电。

众所周知,超过 100 英里电力就很难被输送。然而,比特币挖矿提供了一种简单的方法,把多余的清洁能源给利用起来了。

 

真正的问题:比特币值得吗?

 

至此,我们已经分析了比特币能耗的估算,并与同类技术进行了比较,还研究了比特币向可再生能源过渡的潜力。

现在,让我们回到原点——比特币能源消耗是一个问题吗?还是被伪装成了一个问题?

不可否认,比特币会消耗大量能源,短期内会向大气中添加一些碳。但是,比特币的碳排放比大多数人所假设的要小得多。

比特币能耗不是「浪费」,作为目前地球上最安全的区块链,比特币需要能源提供动力,但同时它也在进行第二层和第三层创新,从而扩大数十亿人的财务使用范围。我认为,这足以证明这种社会消费是一种社会福利。

比特币已经使用了大量的可再生能源,并且作为「最后的能源购买者」,可以帮助推动我们迈向碳中和的未来。最后,让我们希望稍微改变一下讨论范围——与其评判比特币能源使用情况,不如让我们着重于使能源生产尽可能清洁、支持可再生能源项目、投票征收碳税……等等。但是,请不要把比特币变成敌人,这么做只会分散我们的注意力,最终对创建可持续发展的未来没有任何好处。