基于绿色经济背景下比特币的能源消耗和成本效益研究

王浩文 薛欣怡 张昕宇

摘 要：本文通过分析比特币经济所产生的能源消耗并结合国内外文献来展开研究。并运用调查法、文献研究法、经验总结法等研究方法，来证明如何通过利用绿色能源降低比特币挖矿成本，提高比特币交易市场的经济效益。最后，从比特币用户、环境、社会三个方面探讨项目的实际应用价值和现实意义。

关键词：比特币;绿色经济;能源消耗;成本效益

近年来，比特币在市场上越来越热门。然而，众所周知，比特币被诟病的一个主要缺点是“挖矿”过程中的大量的能源消耗以及二氧化碳。在全球致力于碳中和的背景下，这似乎有些不合时宜。所以站在绿色经济角度上对比特币进行成本与效益的研究显得尤为重要且紧迫。

一、研究背景

最近，市场中有两个热门话题，一个是比特币，一个是碳中和。[1]比特币的价格在过去一年中上涨了6倍，其背后的原因之一是私人部门对各国央行所主导的信用货币体系产生了怀疑。尤其是美联储在去年推出“无限量宽”政策，导致全球流动性泛滥，各类资产价格大幅度普涨。人民对于货币的信心减少，也就是公信力的价值降低了，而比特币有上限的设置，无法随意增发。原因之二是比特币自身的优势又吸引着人们去购买它，因为比特币可以被无限分割，只要持有一定总量，就能不断升值，在通货膨胀时资产能做到不断升值，这才是比特币越来越火的真正原因。

碳中和成为热点是由于包括中国在内的诸多《巴黎协议》签署国在去年宣布了应对气候变化的行动计划，全球节能减碳大势所趋。然而，比特币耗能巨大，其采矿的电力投入会相当于一个中等国家的整体电力消耗。[2]鉴于挖比特币消耗能源过多与全球提倡的“碳中和”背景相悖，站在绿色经济角度上的对比特币进行成本与效益的研究显得尤为重要且紧迫。

二、比特币概述

（一）比特币的发展

比特币的设想源自2008年11月1日，一位名叫中本聪（Satoshi Nakamoto）的人在P2P foundation网站上发布了比特币白皮书《比特币：一种点对点的电子现金系统》，提出了虚拟货币的新设想。2009年1月3日，比特币创世区块诞生。[3]

比特币是一种数字货币，由网络节点的计算生成，任何人都可以参与并制作比特币。流通范围广，基本世界流通，可以在任意一台接入互联网的电脑上买卖，交易自由。任何人都可以挖掘、购买、出售或收取比特币，且具有一定的保密性，在交易过程中外人无法获取交易双方的用户身份信息。2009年1月5日，不受央行和任何金融机构控制的比特币诞生。直至今日，更多衍生的虚拟货币也陆续出现在大众的视野中，这意味着虚拟货币还在不断的发展。

（二）比特币存在的价值和经济效益

比特币成本高且对环境有负面的影响，那么比特币究竟能给人们带来多少经济效益，才值得人们花费这么高昂的成本去交易。首先，它解决了结算过程中的验证风险。比特币是一份P2P协议，其每一笔交易都是矿工通过挖矿来完成建立账本和交易验证，因此比特币的账本是无法伪造的，因此降低了结算时的风险;其次，比特币可以被无限分割。当通货紧缩时，不能被无限分割的纸币很容易失去其支付功能，进一步引发货币系统奔溃，而比特币的无限分割从理论上来说可以缓解这种情况;最后，比特币的依托价值。比特币的依托是互联网本身，只要互联网本身不被毁灭，比特币的货币价值也不会被毁灭。国家是存在货币契约违约风险的，但互联网的违约风险远远要小于它。

二、比特币经济产生能源消耗的成因

（一）比特币的交易机制

中本聪在Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System中指出电子现金的纯点对点版本将允许在线支付直接从一方发送到另一方，而不需要通过金融机构。[3]这就意味着在比特币的交易中，比特币的拥有者通过一个地址把比特币转向另一个地址，即完成了一次交易。但是大量的交易量造成了比特币的交易量限制，比特币网络正在超负荷运行，网速被限制导致比特币的交易成本显著增加。可以说比特币自身的交易依托的区块链变化需要大量计算为基础，交易过程中中间商是需要付出时间、算力成本，为了覆盖成本并从中牟利，用户必须得承担这笔费用，结果交易成本大大增加。而运算的电力基本由煤炭提供，所以，每天的碳排放过高，对环境造成的负担较重。

（二）比特币的设备耗能与折旧

比特币挖矿设备散热耗能及其折旧显卡工作时会产生热量，所以需要散热设备，在挖矿环境下，显卡24小时超频运作，产生大量热能，造成显卡的工作温度远远大于家庭使用场景的温度，电子元器件在高温环境下工作会加速老化，所以需要额外的散热设备比如散热风扇或者半导体散热之类的技术，所以为了延长显卡的寿命，挖矿企业人员会为设备进行评估，找到能兼顾散热成本和显卡折旧成本的点，来完成收益最大化。

三、优化比特币市场及减少能源消耗的对策

（一）区块链公权化

从本质上讲，比特币仍然是私权区块链，[4]被资本所掌控，而当资本利用区块链进行一些违法违规的活动时，可以通过匿名化这一漏洞逃脱政府监管。国家要发挥公权力的作用，推动新形式的公权区块链。国家介入的意义就是要加强对比特幣区块链的监管，筛选出合规的矿场，剔除能源消耗无意义不合规的矿场，减少矿场基数，从根本上降低能源消耗。

（二）降低采矿过程中的能源消耗

要降低采矿过程中的能源消耗，可以通过两种方式，第一就是降低显卡的核心频率，可以直接的减少挖矿功耗，第二就是鼓励在采矿硬件中使用光子芯片，可以将能耗降低到目前水平的十分之一以下。

（三）选择合适的挖矿基站

比特币矿场的场所最好选择在电价低廉的区域。例如，在水电站附近、边远地区周边部署矿场，这样不仅可以减少电力成本，也间接减少了电力运输损耗。除此之外，还要考虑矿机散热问题，选择温度较低的区域为宜。[5]温度较低利于矿机散热，减少对散热设备的需求，从而降低电力成本。

（四）传统能源替换成清洁能源

比起传统的煤炭能源，使用太阳能、风能、水能等清洁能源进行挖矿更好。例如四川康城、内蒙古的鄂尔多斯和西藏等地清洁能源丰富，适宜建立矿场。鉴于中国正大力提倡发展绿色经济，这一措施符合政策，为比特币走向正规化提供了很好的机会。

四、项目的实际应用价值和现实意义

（一）对比特币市场而言，2021年5月21日，国务院金融稳定发展委员会召开第五十一次会议，会议结束后中国政府陆续关停了大部分重点矿场，但仍有一些中小型矿场还未关停。这些矿场可以依据以上的对策，对矿场进行完善和整改，适应国家的政策，让比特币市场未来可持续发展有更多的可能性。

（二）对环境而言，比特币挖矿需要消耗大量电力，现在依靠煤炭发电的方式虽然满足了比特币挖矿对电力的要求，但是会排放污染气体，不符合绿色经济的理念。通过研究，建议比特币挖矿产业要从传统发电转换成清洁能源发电，减少污染气体和碳的排放，减少对环境的影响。

（三）对社会和国家而言，在发展绿色经济的目标和碳中和的理念之下，通过比特币挖矿，可以激励很多可再生能源的产量开发，推动可再生能源的创新，取代旧式的高能耗系统，提高人们的生活水平质量。另外，通过提高比特币的能源利用率，比特币挖矿让安全、可获取的货币成为一种可能性，为将到来的价值物联网提供安全的保障。

参考文献：

[1]海通国际首席经济学家 孙明春.比特币、“碳币”与信用货币[N].第一财经日报，2021-03-18.A11.

[2]Alex devries，“Bicoin's Growing Energy Problem”，Joule，Vol，2，No.5，2018.pp 801-805.

[3]中本聪.Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System.[N]2008.

[4]高奇琦.主权区块链与全球区块链研究[J].世界经济与政治，2020，（10）：50-71+157-158.

[5]William Magnuson， Blockchain Democracy：Technology，Law and the Rule of the Crowd， Cambridge： Cambridge University Press ，2020，pp. 10-11.

作者簡介：

王浩文，女，生于2001年7月，汉族，江苏宿迁人，江苏大学本科在读，财务管理专业

薛欣怡，女，生于2001年7月，汉族，江苏无锡人，江苏大学本科在读，财务管理专业

张昕宇，男，生于2001年1月，汉族，江苏常州人，江苏大学本科在读，物联网工程专业

【基金项目】本文系江苏大学第20批大学生科研课题立项资助项目，项目编号：20C139