比特幣究竟使用了多少能源？

根據劍橋大學“第三次全球加密資產基準研究”的數據，我們可以推算出在2021 年6 月中國禁止比特幣挖礦和7 月中國礦業外流發生之前，比特幣網絡的碳強度約為每千瓦時(kWh) 420 克的二氧化碳。

劍橋的該研究報告（第27 頁）中的圖17，如下圖所示，展示了世界各地礦工的典型能源。

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圖片：按地區劃分的能源來源（來源：劍橋替代金融中心）

排除中國在外，來自比特幣礦業委員會（BMC）（下圖）的最新數據顯示，超過三分之二的會員，幾乎佔網絡哈希率的三分之一，正在由低排放能源，而全球比特幣採礦現在估計其能源需求的56% 來自可持續來源（太陽能、風能、水力、核能、地熱和其他“可再生能源”）。

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圖片：比特幣能源組合（來源：比特幣礦業委員會）

根據加州大學伯克利分校開發的CCN 模型來計算碳排放總量，我們可以計算出一個比較新的全球挖礦概況和碳強度數據，為每千瓦時280 克的二氧化碳。

（白澤注：利用CCN 模型，主要取決於能源組合、工業部門、設施數量、在職員工人數、年收入、平方英尺的設施等因素）

基於以下圖中假設的發電結構和IPCC 碳強度數據的第50 個百分點，我們可以得出比特幣碳強度急劇下降。是因為將大部分網絡從煤炭轉移到天然氣的結果，從而將比特幣的碳強度降低了三分之一。

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圖片：碳強度和不同能源結構的對比數據

可以看出，自從中國禁止比特幣挖礦以及礦工外流以來，比特幣的碳強度下降了三分之一，從419 下降到280，主要是由於從煤炭轉向更清潔的天然氣。將比特幣與全球一次能源生產進行比較表明，比特幣的碳強度不到其一半，與世界電網相比，碳強度低40% 以上。

所以現在我們知道比特幣的碳強度是每千瓦時280 克二氧化碳（或每TWh 0.28 兆噸[Mt] 二氧化碳），並且比特幣每年使用79 TWh，我們可以很快得出每年22.1 Mt 二氧化碳的排放量。

[ 白澤注：Mt為重量單位，公噸，也就是我們所熟知的噸]


比特幣的能源使用與建築和施工行業相比

聯合國全球建築與施工聯盟(Global ABC) 在其年度“建築與施工全球現狀報告”中提供了有關建築與施工部門的詳細數據。下圖來自2020年的報告，基於國際能源協會（IEA）“世界能源統計和平衡數據庫”和“能源技術展望”報告的數據。

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圖片：碳強度和能源結構對比數據（來源：UN Global ABC）

《能源技術展望》報告指出，“2019 年全球一次能源使用量達到144 億噸油當量(Mtoe)”，並且有33 吉噸(Gt) 的溫室氣體(GHG) 與化石燃料相關2019 年全球燃料能源發電量，由於全球疫情，預計2020 年將降至30.6 Gt。非化石燃料能源生產也會產生溫室氣體，2019 年世界二氧化碳排放總量為36,440噸。

[ 白澤注：油當量是按標準油的熱值理算各種能源量的換算指標；吉噸（GT）是重量單位，1GT=1吉噸=（10的9次方）噸]

保守地說，保守地說，我假設聯合國採用的是國際能源機構的數字33 GT（吉噸）。為此，38% 的排放量等於12,540 噸的二氧化碳。聯合國全球建築與施工聯盟(Global ABC) 指出：“建築運行的全球最終能源消耗約為130 EJ （能量單位：艾焦） [約36111 TWh]，約佔總最終消耗的30%，另外還有21 EJ [約5833 TWh] 用於建築物和建築或總需求的5%”。

對比比特幣的能源消耗：

  • 非住宅建築：9,330 TWh

  • 住宅建築：26,481 TWh

  • 建設：5,833 TWh

  • 行業總能源使用量：40,830 TWh

  • 比特幣：79TWh，佔建築業的0.19%

  • 部門總排放量：12,735 MtCO2

  • 比特幣：22.1 Mt CO2 ，佔建築業的0.18%

  • 部門碳強度：每千瓦時330.6 克（比比特幣強度高約20%）

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圖片：比特幣與建築行業——每年的能源使用量，單位為TWh


比特幣的能源使用與運輸行業相比

根據國際能源機構（IEA）提供有關運輸行業能源消耗等方面的詳細數據，以下是運輸部門的排放數據，以Mt CO2 (Mt：噸，CO2：二氧化碳)為單位，行業部門的規模以百分比形式顯示在後面的括號中：

  • 公路客運車輛（包括公交車）：3,643（45%）

  • 公路貨運車輛：2,406輛（29.7%）

  • 運費：858 (10.6%)

  • 航空：937 (11.6%)

  • 鐵路：78 (1.0%)

  • 其他：174 (2.1%)

  • 總排放量：8,096 Mt CO2

    • 比特幣：22.1 Mt CO2，佔運輸業的0.28%

就更具體的能源數據而言，美國能源信息署（EIA）在其《2016 年國際能源展望》展示了以下數據，如圖所示。

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圖片：按能源分類的世界交通能源消耗（來源：EIA）

EIA 還在其“2016 年國際能源展望”第131 頁提供了一些行業信息，顯示能源消耗百分比和排放百分比非常相似。例如，道路車輛佔交通能源使用量的46%，排放量的45%。航空運輸約佔能源使用的12% 和排放的11.6%。

使用上述比率，以及2020 年部門總能源使用量為118 quad BTU，即34,582 TWh，我們得到以下結果：

  • 輕型客車：15,424 TWh (44.6%)

  • 航空運輸：4,046 TWh (11.7%)

  • 公交車：1,321 TWh (3.8%)

  • 其他運輸：859 TWh (2.5%)

  • 公路貨運車輛（重型車輛和其他卡車）：8,059 TWh (23.3%)

  • 海運：4,063 TWh (11.7%)

  • 鐵路：793 TWh (2.3%)

  • 總能源使用量：34,582 TWh

    • 比特幣：79 TWh，佔運輸業的0.23%

  • 部門碳強度：每千瓦時234 克二氧化碳（比比特幣低16%，比世界電網低50%）

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圖片：比特幣與交通——每年的能源使用量，單位為TWh


比特幣的能源使用與醫療保健行業相比

2020 年9 月《歐洲公共衛生雜誌》上一篇被廣泛引用的文章《醫療保健的氣候足跡：衛生部門的貢獻和行動機會》表明，在全球範圍內，醫療保健的氣候足跡相當於全球淨收入的4.4%。排放量，基於來自43 個國家的詳細數據，其中包括美國、歐盟和中國這三大排放國，它們佔醫療保健總足蹟的一半以上。 4.4% 的數字當然是平均值，柳葉刀醫生根據數據分析指出，醫療保健僅佔英國排放量的3%，但在美國占10%，在澳大利亞佔7%。

但4.4% 的全球排放量並不一定對應4.4% 的全球能源使用量，正如我們剛剛從建築和施工中看到的（35% 的能源對38% 的排放量——主要歸功於鋼鐵和水泥的高強度生產）和運輸行業（能源的28% 與排放的22%——主要是由於車輛、船舶和飛機中液體燃料的碳強度遠低於使用化石燃料發電）。

一項研究得出的結論顯示，美國的醫療保健設施（醫院、全科醫生診所等）每年消耗210 TWh 的能源，占美國商業建築行業總能源消耗的10.3%。柳葉刀醫生的另一篇論文，這次是在英國國家醫療服務體系(NHS) 上，顯示建築中使用的能源排放僅佔醫療保健系統總排放量的10.1%，如下圖九所示。供應鍊和委託服務佔另外66%；個人、車隊和商務旅行另外13.6%；其餘的10.3% 來自麻醉氣體、水和廢物。這些與國際數據並無不同，後者顯示供應鏈佔排放量的71%。

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圖片：英國國家醫療服務體系(NHS) 的排放明細

但這仍然沒有讓我們得到我們正在尋找的答案：醫療保健使用了多少能源？我們已經知道，運輸和熱能的“碳強度”遠低於化石燃料產生的電能（大約250 克二氧化碳/千瓦時與500 克二氧化碳每千瓦時到1,000 克二氧化碳每千瓦時），所以我假設所有非旅行相關項目的世界平均電網為487 g CO2/kWh，運輸相關項目為250 g CO2/kWh。當我們這樣做時，我們從1,603 Mt CO2 的排放基礎（即36,440 Mt CO2 世界排放量的4.4%）中實現了總計3,716 TWh的能源，平均碳強度為431 g CO2/kWh. 該圖表明，醫療保健在能源使用方面更依賴於電網，而不是運輸和航運的液體燃料。相比之下，比特幣僅使用該能源的2.1%，僅排放1.4% 的二氧化碳，並且碳強度降低35% 以上


與銀行、黃金和軍工行業對比

金融、保險、銀行

同樣是依靠加州大學伯克利分校開發的CCN 模型來計算銀行業的碳排放總量，金融部門每年排放1,368 Mt 的二氧化碳。雖然它沒有明確提供能源使用的數字，但它提供了排放來源的一個很好的細分。假設80% 的排放來自運輸，20% 用於設施和採購。使用我們之前對醫療保健所做的相同方法，我們將假設旅行的碳強度為每千瓦時250 克二氧化碳，採購和設施的碳強度為每千瓦時487 克二氧化碳。

由此產生的能量分解如下：

  • 交通：4,377 TWh (88.6%)

  • 設施：309 TWh (6.3%)

  • 採購：253 TWh (5.1%)

  • 總能源使用量：4,939 TWh

    • 比特幣：79 TWh，佔金融和保險行業的1.6%

  • 總排放量：1,368 MtCO2

    • 比特幣：22.1 Mt CO2，佔金融和保險行業的1.6%

  • 部門碳強度：每千瓦時277 克（比比特幣強度低約1%）

黃金開採

在2020 年，約3500 噸的黃金被開採，並且約1300 噸的金被回收利用，根據“Gold.org”的分析師稱，每公斤開采的黃金會產生20 噸二氧化碳並消耗48.6 兆瓦時的能源，但由於數據限制，他們省略了進一步提煉黃金所需的能源。一項新研究來自德保羅大學的建議，這個數字應該接近35 噸用於珠寶的二氧化碳，約佔全球黃金需求的50%。假設精煉使用與回收相似的電量；因此，用於珠寶中每克黃金的開采和提煉總共需要79.9 MWh。每公斤回收黃金會產生37 噸二氧化碳並消耗31.3 兆瓦時的能源。如果我們使用DePaul 研究的數字併計算1750 噸珠寶，這將使金礦行業2020 年的能源消耗總量達到265 TWh，產生145 Mt 的二氧化碳。

比特幣：22.1 Mt 二氧化碳的排放量，佔黃金開采的15%

軍工業

根據布朗大學沃森國際和公共事務研究所發表的《五角大樓燃料使用、氣候變化和戰爭成本》，我們可以

看到全球軍事工業綜合體約佔全球溫室氣體排放量的5%，即每年約2,500 Mt CO2。同樣，我們面臨著排放與能源的問題，但幸運的是，我們的數據具有足夠的透明度，可以做出有效的估計。我們知道燃料使用約佔能源使用的11%，設施約佔6%，最後83% 來自近2 萬億美元的軍事工業。我們甚至知道美國國防部排放的57 Mt CO2來自207.45 TWh 的能源使用，或者說，每千瓦時約270 克CO2 的碳強度——主要由燃料使用而不是電力驅動。

與主要由人力和旅行驅動的金融部門相比，工業和製造部門更多地受采購和設施驅動。交通運輸佔金融業能源使用的80%。在製造業中，這一比例接近於僅25%。因此，我們有以下幾點：

  • 軍用燃料/運輸用途：275 Mt CO2，1,100 TWh

  • 軍事設施使用：150 Mt CO2，308 TWh

  • 軍工燃料/運輸用途：525 Mt CO2，2,100 TWh

  • 軍工設施和採購用途：1,550 Mt CO2，3,183 TWh

  • 總能源使用量：6,691 TWh

    • 比特幣：79 TWh，占軍工綜合體的1.18%

  • 總排放量：2,500 MtCO2

    • 比特幣：22.1 Mt CO2，或軍工綜合體的0.88%

  • 行業碳強度：每千瓦時374 克二氧化碳（比比特幣強度高約33%）

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寫在最後

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圖片：比特幣與其他行業的對比——每年的能源使用量，單位為TWh

主要結論應該是比特幣的能源使用在全球範圍內是一個四捨五入的誤差，從碳強度的角度來看，每千瓦的排放量比金融、建築、醫療、工業或軍事要少得多。有分析師預測，比特幣的碳強度將從今天的每千瓦時280 克二氧化碳增加到2026 年的約100 克，到2031 年為零。也許最終，比特幣消耗能源這個問題將會消失。