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比特币挖矿的成本是多少？中科院、清华等学者：预计2024年用电量近3000亿千瓦时，碳排放1.3亿吨~Let's深度分析比特币财富背后的成本！

随着比特币(BTC)在世界范围内的广泛认可，它所代表的价值不断上升，现在1BTC可以兑换成"真钱"约合62863.20美元。而且理论上，这样有价值的比特币只有2100万个，数量非常有限，这就吸引了越来越多的个人和团队花费大量资源去"挖"这"数字黄金"。

简单类比，这个过程就像开采黄金。许多比特币"矿工"或者"地雷"继续"我的通过"加密货币矿机"一年四季，不断获取比特币财富。

图|大型矿机(来源：Coindaily)

然而，在这个财富密码的背后，比特币矿机的耗电量是惊人的。根据剑桥研究人员公布的一份比特币功耗指数，如果把比特币视为一个国家，它的功耗足以跻身世界前30。目前，每年的耗电量为"采矿"活动大约是121.36太瓦时(TWh，1太瓦时是10亿千瓦时)，这是超出人'；的想象力。除非比特币价格大幅下降，否则耗电量只会增加。

那么，在中国，比特币区块链的运行造成的电力消耗以及当前和未来的碳排放模式是怎样的？关于这个问题，中国科学院和清华大学地球系统科学系的专家团队及其合作者进行了建模分析。相关论文发表在4月6日的科学期刊《自然通讯》(自然通讯)上。

图|中国比特币区块链运营的碳排放和可持续性政策评估(来源：自然通讯)

研究发现，在没有任何政策干预的情况下，2024年，比特币区块链在中国的年能耗预计将达到峰值，约为296.59TWh，对应的碳排放量为1.305亿吨，在全国182个城市和42个工业行业中排名前十。此外研究人员还讨论了比特币开采的碳排放水平控制政策和措施。

近年来，基于系统动力学(SD)的模型被广泛用于估算特定领域或行业的碳排放流量。在此基础上，研究人员开发了比特币区块链碳排放模型(BBCE)，用于评估不同场景下中国比特币网络运营的碳排放水平。

他们建立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，BBCE模型由三个子系统组成：比特币区块链开采和交易子系统、能源消耗子系统和碳排放子系统。

图||BBCE建模流程图(来源：自然通讯)

过程中"采矿"，当区块正式广播到比特币区块链时，为了提高挖到新区块并获得奖励的概率矿工会在挖矿上投入更多的计算能力(也称哈希率)，这将导致整个比特币网络计算能力的提升。因为比特币挖矿过程中的能耗是由网络能耗和平均电价决定的，反过来会影响比特币挖矿者的动态行为。

BBCE模型收集煤基能源和水基能源领域比特币矿工的碳足迹，以此开发中国整个比特币行业的整体碳排放评估模型。其中，可变的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率。在这项研究中，它还作为产生单位GDP碳排放量的辅助因素，为政策制定者对比特币开采实施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，在比特币区块链广播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周期性上涨。最后，通过结合碳成本和能源成本比特币挖矿过程总成本为矿工提供负反馈'；利润率和投资策略。当采矿利润在BBCE模拟中变为负值时，矿工将逐渐停止在中国采矿或转移到其他地方。

基于BBCE模型的基准模拟中国年能源消耗'；美国比特币行业将在2024年达到峰值，达到296.59TWh，超过意大利和沙特阿拉伯的能源消耗水平总和。如果放在2016年所有国家的碳排放排行榜上，排在第12位。相应地比特币业务的碳排放量将在2024年达到每年1.305亿吨的峰值。

在中国，比特币挖矿的排放量将在全国182个地级市和42个主要工业行业中排名前十。，约占中国的5.41%'；美国发电排放和工业'；美国人均GDP的最大碳排放量也将达到10.77千克/美元。

虽然工作负载证明(PoW)共识算法使比特币区块链能够以相对稳定的方式运行。然而，诱人的财富激励导致基于专业比特币挖矿机不同阵营的军备竞赛不断升级。

图|比特币区块链工作证明算法的碳足迹(来源：Naturecommunications)

最初，矿工们即使在通用计算机上使用常规的中央处理器(CPU)也能采矿；后来图形处理单元(GPU)也用于挖矿，提供比CPU更高的动力和计算能力；目前，针对散列操作优化的专用集成电路(ASICs)被大规模部署。快速的硬件迭代和激烈的挖矿竞争大大增加了比特币挖矿的资本支出。

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，每年的能源消耗水平与丹麦、爱尔兰或孟加拉国等中小国家相当。这间接造成了巨大的碳排放。据估计，从2016年1月1日到2018年6月30日，高达1300万吨的二氧化碳排放可归因于比特币区块链。特别是在中国。由于专业的矿机制造商和廉价的电源，大部分挖矿过程都在中国进行，来自中国矿池的计算能力约占整个比特币网络的75%。

图|比特币区块链的矿池分布(来源：自然通讯)

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政策，中国'；美国密集的比特币区块链挖矿活动可能很快成为干涉中国的压力'；美国的碳减排努力。

根据BBCE模型的子系统构成，研究人员考虑了比特币开采不同阶段实施的三大比特币政策。然后，开发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：Naturecommunications)

在基准场景(BM)中，假设市场准入为100%，这表明所有高效盈利的比特币矿工/矿工都被允许在中国运营。。基于比特币矿工/矿工的实际区域统计，研究人员假设基准场景中40%的矿工位于燃煤发电区域。

另外三种情况，出于节能减排的考虑，调整了不同比特币挖矿程序的政策。

具体来说，在比特币开采和交易子系统中，市场准入标准提高了一倍，即在市场准入(MA)场景下，禁止低效盈利的矿商进入中国的比特币市场，政策制定者被迫以高效的方式维护比特币区块链的网络稳定。

在场地修复(SR)场景中，燃煤发电区域的比特币矿工被劝说并建议转移到水力资源丰富的区域，以利用该区域雨季等因素造成的相对较低的能源可用成本。碳税方案(CT)中的

碳税提高到初始值的两倍，对比特币区块链的高碳排放行为进行更严厉的惩罚。

利用上述场景，研究人员评估了比特币区块链的碳排放流量和能源消耗。在2014-2030年的BBCE模拟中，评估了不同政策的碳和能源减排效果。

结果是，在没有任何政策干预的情况下，比特币区块链的碳排放模式将成为中国不可忽视的障碍'；可持续发展的努力。。据估计，中国比特币区块链的年峰值能耗和碳排放量将超过意大利、荷兰、西班牙和捷克等一些发达国家。作为政策干预最少的基准评估，基准场景模拟了比特币区块链网络的自然运行结果。BM方案中的

在中国，比特币区块链的年能耗将逐渐增加，最终在2024年达到296.59TWh年的峰值，这预示着比特币行业的运行将继续遵循能源密集型模式。关于CT场景，由于碳排放罚款。比特币行业最高能源需求小幅下降至217.37TWh然而，MA和SR场景中的结果表明2024年和2025年，比特币行业总能耗将分别达到350.11Twh和319.80Twh。

相比之下，比特币区块链产生的碳排放在SR和CT场景下显著减少。这显示了严格的碳相关政策的积极影响。相反，MA情景见证了比特币的碳排放在2025年大幅增加至1.4071亿吨。

图｜不同情景年度模拟结果、年化能耗(a)和碳排放(b)(来源：自然通讯)

基于BBCE模型的情景结果，基准情景显示，只要开采比特币以维持其在中国的盈利能力。比特币行业运营产生的能源消耗和碳排放将继续增长。这主要得益于工作量证明竞争机制的正反馈循环，要求比特币矿工拥有先进高能的矿机，以增加获得区块奖励的概率。此外提出的系统动力学模型模拟的碳排放流量和长期趋势与之前的估计一致，用于准确估计比特币区块链的碳足迹。研究人员认为，在中国'；美国当前的国民经济和碳排放核算，比特币区块链的运营没有被列为碳排放和生产率计算的独立部门。这使得政策制定者更难监控比特币行业的实际行为，并设计有针对性的政策。事实上，比特币网络每一笔交易的能耗都大于很多主流的金融交易渠道。

为了解决这一问题，研究人员建议政策制定者为比特币行业设立单独的监管账户，以便更好地管理和控制该行业在中国的碳排放行为。

图|比特币行业能耗和碳排放对比(来源：自然通讯)

通过情景分析，研究人员认为，在限制比特币区块链运行的总能耗和碳排放方面导致采矿活动能源消费结构改变的政策可能比直观的惩罚措施更有效。

整个模拟期内，BM情景下中国比特币行业人均碳排放量大于其他所有情景。2026年6月最高达到10.77公斤/美元。然而，研究人员发现，在千年评估和传统气候变化情景中，政策的有效性在降低碳排放强度方面非常有限。即市场准入的政策效力预计在2027年8月降低，而碳税的政策效力预计持续到2024年7月。在所有预期的政策情景中，SR的效果最好。可以将比特币行业人均GDP碳排放峰值降低到6公斤/美元。

总体来看，比特币行业人均碳排放量远远超过中国平均工业碳强度，说明比特币区块链运营是一个高碳密集型行业。

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

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挖矿，将业务转移到其他地方。然而，应该注意的是，整个重新定位过程不会立即发生。沉没成本较高的矿商往往比沉没成本较低的矿商经营时间更长，并希望最终再次盈利。因此到2030年底，与比特币挖矿相关的整体能源消耗仍将为正，几乎所有矿工都将搬到其他地方。

相应地，在BM场景中，网络哈希速率计算为每秒1775EH。矿工总成本最高可达12.68亿美元。对比其他三种政策的情景结果，预测在CT情景下，中国比特币挖矿的盈利能力恶化速度会更快。另一方面比特币区块链可以在并购和重组场景下保持长期盈利能力。

基于BBCE的模拟结果，可以得出一些有吸引力的结论：虽然MA方案提高了市场准入标准，提高了比特币矿工的效率但是它实际上增加了，而不是减少了模拟结果的排放。在并购情景下，研究人员观察到了先前研究中提出的激励效应现象，这种现象反映在产业政策的其他领域，如货币政策、交通规则和企业投资战略。

本质上，市场准入政策的目的是限制低效比特币矿商在中国的挖矿操作。然而，幸存下来的矿商致力于压缩更多的网络散列率，这使他们能够在更长的时间内保持盈利。此外，在并购场景中，中国的比特币行业产生了更多的CO2排放，这主要归因于工作证明(PoW)算法和比特币矿工的逐利行为。马情景的结果表明，市场准入相关政策不一定能有效应对比特币区块链运营的高碳排放行为。

碳税政策是公认的最有效、实施最广泛的碳减排政策。但模拟结果显示，碳税对比特币行业的作用有限。在比特币矿工意识到他们的采矿利润受到比特币采矿惩罚性碳税的影响之前，CT情景的碳排放模式与BM情景一致。

相反，SR场景下的仿真数据表明，相对于BM场景，它可以为比特币区块链操作的碳排放提供负反馈。SR场景下，比特币行业单位GDP最大碳排放量减少一半。

值得注意的是，虽然SR场景下比特币挖矿的峰值年化能耗高于BM场景，但在SR场景下，相当比例的矿工搬到水资源丰富的地区进行比特币挖矿。所以，相比BM方案，这自然降低了相关的碳排放成本。

一般来说，在不同政策的干预下，比如限制比特币挖矿准入，换矿工'；能源消费结构和实施碳税，比特币区块链的碳排放强度仍然远远超过中国平均工业排放强度。

这个结果说明比特币是区块链技术的典型案例。在不久的将来，它将成为一个不可忽视的能源和碳密集型产业。

然而，比特币背后所代表的区块链技术，其去中心化的特点，以及以共识算法为信任机制的模式，仍然提供了新的解决方案。它对于各种工业发展和远程交易都是有益的和创新的。近年来，区块链技术已被大量传统行业引入和采用，寻求优化其运营流程，如供应链金融、智能合同、国际商业和贸易以及制造运营。

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标签：比特币挖矿区块链