在西伯利亚的某个地方，一座苏联时代的が（gà）正在为一个偏远地区的挖矿活动提供能源。但这种能源并非来自地下开采。相反，这座水力发电厂为庞大的机器提供动力，这些机器通过解决复杂的数学问题来生产加密货币。换句话说，这种可再生能源被用来挖矿比特币。比特币分析师、自称“嬉皮士矿工”的杰森·迪恩（Jason Deane）使用的计算机完全依赖水力发电——尽管这种环保的设置很可能是例外，而非常态。
迪恩的工作模式听起来像是比特币环境问题的完美解药，但可再生能源并非万能药。目前估计，比特币每年的能源消耗量为127.22太瓦时。作为比较，这相当于2020年美国总共消耗的太瓦时的3%多一点。随着这个数字不断增长，我们需要找到解决方案来应对这种消耗。
什么是比特币？
比特币的吸引力在于它是一个去中心化的数字加密货币系统。任何人都可以出售、购买或交换，而无需中间人或银行等中介机构。它也不受任何政府的控制。比特币是第一个，也是目前最主要的加密货币，尽管出现了以太坊、卡尔达诺等其他币种，以及作为玩笑而生的狗狗币。
比特币使用区块链技术来确保交易的安全、验证和记录。区块链，顾名思义，通过将交易存储在“区块”中来运行，这些区块由构成网络的“节点”或计算机进行验证。一旦验证通过，该区块就会连接到其他区块，并且无法被回滚或撤销。这就形成了一个数据区块链——因此得名“区块链”。
你也可以把区块链想象成一个数字账本，记录着上面发生的所有交易。验证这些待处理交易并将它们锁定在区块中的节点被称为“矿工”，他们作为比特币代码的一部分来解决复杂的数学问题。为此，他们会获得比特币奖励。
比特币系统中的比特币总量是有限的——确切地说，总共有2100万枚。到目前为止，已经挖出了超过1850万枚。为了确保它们不会过快耗尽供应，矿工需要完成的数学问题的难度会不断增加。其复杂程度之高，以至于最后一枚比特币预计要到2140年才能挖出。
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有许多矿工试图同时解决这些数学问题。但只有第一个解决数学问题的矿工才能获得比特币奖励。这种竞争，以及比特币区块链规模的不断扩大，意味着矿工们正在升级和组合计算机，以提高其算力。
但这也意味着，进行挖矿需要越来越多的计算能力——以及电力。个人电脑和利基爱好者的时代早已过去。挖矿已经成为一项工业化操作。
要量化比特币的能源使用情况，可以追踪矿工——如果你能做到的话
所有这些计算都需要能源。而且是大量的能源。人们也开始对此提出质疑。
在科技大亨埃隆·马斯克宣布特斯拉将不再接受比特币作为其汽车付款方式的当天，比特币的价值大幅下跌，抹去了数千亿美元的市值。马斯克将此决定归因于对比特币日益增长的化石燃料用于驱动挖矿和交易的担忧。
这就是当前争议的焦点：比特币是否像挖矿爱好者声称的那样环保？还是加密货币生态系统正在对实体世界造成气候灾难？
这并非一个简单的问题。比特币的能源消耗量已被比作许多国家的总消耗量，从瑞典到阿根廷再到巴基斯坦。这些能源消耗估算——来自广为引用的剑桥比特币电力消耗指数和亚历克斯·德·弗里斯（Alex de Vries）的Digiconomist等来源——有所不同，并且难以具象化，因为比特币挖矿没有一个中心化的数据来源，大多数分析都基于模型。
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尽管难以精确量化比特币的能源使用量，但与银行或黄金挖矿等其他高能耗行业相比，计算这些数字可能更容易——尽管一些估算认为它们的消耗量远高于比特币。
迪恩说：“与银行部门或其他类似系统相比，比特币使用的电力非常少。这是一个非常非常小的百分比，但人们对此大肆宣扬，因为存在‘我们真的需要比特币吗？’的普遍认知。”
由于比特币在匿名网络中消耗能源，分析师通过“哈希率”（hash rates）来计算消耗量，即挖矿和交易操作中使用的计算和处理能力。挖矿设备使用电力，而这些电力必须来自电网。
将近三分之二的比特币挖矿发生在中国（尽管中国当局最近开始打击这种做法）。虽然要精确追踪比特币能源的供应来源很棘手，但研究人员可以通过了解谁在挖矿以及他们的能源来源来做出近似估计。通过对电网构成和能源使用的近似，他们能够得出估算。
新墨西哥大学经济学助理教授本杰明·琼斯（Benjamin Jones）说：“我们不知道单个矿工在哪里。这种去中心化货币的整个想法是，这些矿工是匿名的，但在某些情况下，他们会自我识别。”
当矿工自我识别时，更容易找到“矿池”，也就是矿工将资源汇集起来以扩大运营规模的地方。例如，根据琼斯的说法，在美国，这些矿池集中在西北部。尽管如此，大多数比特币矿工的确切位置仍然未知。
如果没有这些信息，研究人员就必须做出某些假设来近似估算比特币挖矿消耗的能源量——以及这些能源是否来自可再生或不可再生资源。
一种方法是查看一个国家的总体电力构成，以创建平均电力画像。例如，煤炭发电约占美国总发电量的20%。因此，如果一个矿工在这里，那么通过挖矿产生的总产量中就有20%是使用煤炭生产的。但平均值仅仅是平均值，其准确性可能因矿工的位置、季节甚至商业模式而异。
比特币对环境和公众健康真正的影响
能源的使用，无论是可再生能源还是化石燃料，总是有代价的。几项研究已经着手量化比特币的碳成本或确定其碳足迹。但琼斯想计算更多的下游影响。
在2019年发表的一项研究中，琼斯和其他研究人员试图量化挖矿营地对周边社区产生的空气污染以及对气候的影响。他们应用了标准的经济成本指标来衡量健康和气候影响。
琼斯说：“我们将能源使用与化石燃料发电厂的排放联系起来，然后将这些排放与颗粒物、氮氧化物和二氧化硫等联系起来。再将这些与人类死亡率联系起来。”
研究人员首先计算了美国和中国的排放概况。然后，他们使用了一个由卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）空气、气候和能源解决方案中心（Center for Air, Climate, and Energy Solutions）开发（该中心是与环境保护署（Environmental Protection Agency）合作创建的）的空气污染制图模型。
琼斯说：“[这项研究]表明，每创造一美元的价值——这是为矿工创造的价值，就像我从挖矿中获得的个人价值对社会一样——[挖矿]会产生49美分的损害，这些损害是因化石燃料发电厂的二氧化碳排放而导致的过早死亡和气候变化效应。”
“所以这基本上是一种私人价值的权衡：1美元的私人价值，与社会面临的49美分的社会成本（通过健康和环境）相权衡。”
没有过剩的可再生能源
加密货币矿工杰森·迪恩认为，矿工通常会聚集在电力过剩的地方——例如雨季期间产生的剩余水电，否则这些电力将被浪费。
这种过剩电力吸引矿工前往电力廉价且利润丰厚的地方。对于迪恩这样的绿色挖矿支持者来说，这意味着使用可再生能源。但目前，可再生能源仅占美国电力供应的大约20%。
琼斯说：“也许在30到40年后，我们会有大量的过剩可再生能源。但现在，当我们从化石燃料转型时，所有的可再生能源都被用于某个目的，所以如果比特币矿工或加密货币矿工要使用这些可再生能源，那就意味着别人无法使用它们了。”例如，用于为电动汽车、家庭、企业或工厂供电。
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与其他许多行业一样，向使用可再生资源正在缓慢但切实地发生转变。但除非有更多的可再生能源发电能力，否则总是存在机会成本。
迪恩说：“我确实认为所有矿工都有绝对的责任使用可再生能源。我对此毫无疑问，这是我们集体应尽的责任。但我们不对其消耗的能源量感到抱歉。而且，我认为这是其中的区别，因为网络必须使用这些能源。我们必须负责任地选择能源来源和产生方式。”
开创更绿色的共识机制
比特币和以太坊等加密货币的高用电量在其设计中是固有的，部分原因是它们采用“工作量证明”（proof-of-work）共识机制。这种“共识”是为了防止在没有中央实体的情况下，数字货币被重复花费。
随着矿工竞相解决日益复杂的数学问题并验证交易，工作量证明随着时间的推移需要越来越多的能源。这种共识机制通过确保网络只有一个经所有参与者同意的交易账本，从而保护网络免受经济攻击。它防止数据被覆盖或篡改，但这需要巨大的能源成本。
但如果还有其他方法呢？
最近，以太坊的联合创始人维塔利克·布特林（Vitalik Buterin）宣布其下一代以太坊2.0将把虚拟货币过渡到“权益证明”（proof-of-stake）运行模式，这在加密货币界引起了轰动。
权益证明（PoS）是一种替代共识机制，在这种机制中，而不是将每个区块链发送给系统中的每台计算机，而是随机发送给一个验证交易的矿工。为了确保安全，要求矿工质押硬币作为抵押。能源消耗会急剧下降，因为矿工不必竞相验证交易以换取铸造的硬币。
过渡到权益证明的成本并不便宜；以太坊目前正在为这次转型投资数百万美元。
正如Zaki Manian，几个加密货币项目（如iqlusion和Sommelier）的联合创始人所指出的，市场上几乎所有新出现的加密货币都已经采用了PoS模式。它们可以通过设计实现更环保，因为它们不像比特币或以太坊那样需要维护遗留的生态系统。
Manian说：“它们可以为它们的加密货币创造一个从零开始的设计，采用权益证明，并利用所有现有的软件和技术。‘如果我们想把狗狗币转换为权益证明？我认为这不会少于1000万美元。’”
Manian工作核心的问题是，这些新系统是否仍然能够保持开放进入、开放退出的特性，而又不会消耗过多的能源。加密货币的吸引力在于它不需要任何中介方：参与者可以随意进出，而系统则在他们离开后继续运行。PoS或许可以成为这种折衷方案。只是实现它需要付出更多的努力。
Manian说：“我们用于权益证明的现代共识算法，花费了数年时间，数十位研究人员，数十位工程师，以及巨大的专业知识才得以实现。但现在这些东西已经能够运行并保障数十亿美元的价值，我们越来越有信心它们是有效的。”
