與其他主要行業相比:比特幣的能源使用情况如何?

趣幣 2021-08-15 14:28:10 阅读数:18

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主要 相比 比特 能源 使用情况

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准研究”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,比特幣網絡的碳强度約為每千瓦時 (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。

與其他主要行業相比:比特幣的能源使用情况如何?

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,幾乎占網絡哈希率的三分之一,正在由低排放能源,而全球比特幣采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况和碳强度數據,為每千瓦時 280 克的二氧化碳。

(白澤注:利用 CCN 模型,主要取决於能源組合、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 碳强度數據的第 50 個百分點,我們可以得出比特幣碳强度急劇下降。是因為將大部分網絡從煤炭轉移到天然氣的結果,從而將比特幣的碳强度降低了三分之一。

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圖片:碳强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,比特幣的碳强度下降了三分之一,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錶明,比特幣的碳强度不到其一半,與世界電網相比,碳强度低 40% 以上。

所以現在我們知道比特幣的碳强度是每千瓦時 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為重量單比特,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:碳强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:油當量是按標准油的熱值理算各種能源量的換算指標;吉噸(GT)是重量單比特,1GT=1吉噸=(10的9次方)噸 ]

保守地說,保守地說,我假設聯合國采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 (能量單比特:艾焦) [約 36111 TWh],約占總最終消耗的 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,占建築業的 0.19%

  • 部門總排放量:12,735 MtCO2

  • 比特幣:22.1 Mt CO2 ,占建築業的 0.18%

  • 部門碳强度:每千瓦時 330.6 克(比比特幣强度高約 20%)

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圖片:比特幣與建築行業——每年的能源使用量,單比特為 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)為單比特,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,占運輸業的 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,道路車輛占交通能源使用量的 46%,排放量的 45%。航空運輸約占能源使用的 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,占運輸業的 0.23%

  • 部門碳强度: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,單比特為 TWh

比特幣的能源使用與醫療保健行業相比

2020 年 9 月《歐洲公共衛生雜志》上一篇被廣泛引用的文章《醫療保健的氣候足迹:衛生部門的貢獻和行動機會》錶明,在全球範圍內,醫療保健的氣候足迹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,它們占醫療保健總足迹的一半以上。4.4% 的數字當然是平均值,柳葉刀醫生根據數據分析指出,醫療保健僅占英國排放量的 3%,但在美國占 10%,在澳大利亞占 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强度生產)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强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占醫療保健系統總排放量的 10.1%,如下圖九所示。供應鏈和委托服務占另外 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,後者顯示供應鏈占排放量的 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“碳强度”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,平均碳强度為431 g CO2/kWh. 該圖錶明,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,並且碳强度降低 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% 用於設施和采購。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强度為每千瓦時 250 克二氧化碳,采購和設施的碳强度為每千瓦時 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%)

  • 采購:253 TWh (5.1%)

  • 總能源使用量:4,939 TWh

  • 比特幣:79 TWh,占金融和保險行業的 1.6%

  • 總排放量:1,368 MtCO2

  • 比特幣:22.1 Mt CO2,占金融和保險行業的 1.6%

  • 部門碳强度:每千瓦時 277 克(比比特幣强度低約 1%)

黃金開采

在 2020 年,約 3500 噸的黃金被開采,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,約占全球黃金需求的 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 研究的數字並計算 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,占黃金開采的 15%

軍工業

根據布朗大學沃森國際和公共事務研究所發錶的《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占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,我們的數據具有足够的透明度,可以做出有效的估計。我們知道燃料使用約占能源使用的 11%,設施約占 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 的碳强度——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,工業和制造部門更多地受采購和設施驅動。交通運輸占金融業能源使用的 80%。在制造業中,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

  • 軍工設施和采購用途: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%

  • 行業碳强度:每千瓦時 374 克二氧化碳(比比特幣强度高約 33%)

寫在最後

與其他主要行業相比:比特幣的能源使用情况如何?

圖片:比特幣與其他行業的對比——每年的能源使用量,單比特為 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舍五入的誤差,從碳强度的角度來看,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,比特幣的碳强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。

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