【科技.未來】用電量爭議不絕 加密貨幣走上環保之路

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2015年聯合國氣候變化大會(COP21),176國同意致力控制全球升溫於攝氏2度以內,以避免旱災、熱浪、颱風、氾濫等極端氣候災害加劇。

上月,聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)再在報告中強調,氣溫升幅須控制於攝氏1.5度內。在暖化現象迫在眉睫之際,科學家擔心加密貨幣(cryptocurrency)會火上加油。

挖掘加密貨幣的大型「礦場」,多部電腦日夜不間斷運作,消耗大量電力及增加碳排放量。(視覺中國)

著名學術期刊《Nature Climate Change》在上月底刊登了一項研究,估算比特幣(Bitcoin)將對環境造成極大影響,或足以在20年內令全球升溫攝氏2度。這項研究由美國夏威夷大學馬諾阿分校(UH Manoa)地理及環境教授Camilo Mora帶領,他的團隊先分析現時用來「挖掘」比特幣的機器的效能,再根據機器所在國家(絕大部分在以燃煤發電的中國)生產電力時的碳排放量,估算出比特幣在2017年排放了6,900萬噸二氧化碳當量(carbon dioxide equivalent, CO2e),相當於人口近900萬的奧地利的碳排放總量。

雖然比特幣交易在去年僅佔全球無現金交易約0.033%,但研究預期比特幣日後發展將使地球嚴重暖化。Mora的團隊以信用卡、電力、洗碗機在歷史上發展速度為參考,推算比特幣的未來累計碳排放量,慢則於二十二年內令地球升溫攝氏2度,快則只要十一年。

加速暖化之說待商榷

近年有關比特幣用電量驚人的研究不絕於耳,Mora的估算只是其中之一。另一項新研究本月初刊於《Nature Sustainability》期刊,作者Max Krause估算,挖掘加密貨幣比挖掘真正金屬要用上更多能源。

近日一項刊於《Nature Sustainability》期刊的研究估算,「挖掘」加密貨幣比挖掘金屬使用更多能源。

例如,每挖掘1美元等值的比特幣便需要19兆焦耳(Megajoule,MJ),遠超挖掘黃金(5MJ)和銅(4MJ)所需的能源(見表一)。

由羅兵咸永道(PwC)區塊鏈專家Alex de Vries創立的網站Digiconomist,專門觀察加密貨幣的耗電量。去年11月Digiconomist估算,加密貨幣的耗電量已相當於愛爾蘭全國,本年1月時更超越新西蘭和匈牙利,每年的碳排放量相等於飛機航班橫越大西洋100萬次。de Vries估算,處理每宗比特幣交易的耗電量比Visa信用卡高八萬倍:「Visa比較中央化,對不信任金融體系的人來說固然不太吸引。但這種差異是否值得消耗更多能源成本?我想,對很多人來說可能不太值得。」

用電過量的指控,針對的其實是加密貨幣俗稱「挖礦」(mining)的過程(見表二)。簡單來說,比特幣交易需依賴用戶互相協助認證,交易網絡中的不同人(即「礦工」,miners)會以鬥快解謎的方式競逐認證交易的權利,過程中可得到比特幣作為獎勵。

比特幣的網絡設計獨特,謎題會隨着參與人數愈多而愈難,一枚比特幣價格最高曾達近2萬美元,礦工數目及挖礦難度可想而知。同時,比特幣總數有限,發放獎勵會隨時日消減。換言之,礦工們需要運算能力愈來愈強的電腦(俗稱「礦機」,由多部電腦組成的工業級別又稱「礦場」),耗電量也自然愈來愈多。

這些估算數字可能已算較保守,因為很多大型礦場需要開冷氣防止電腦過熱,Krause的估算並沒有包括用作冷卻的電力。據彭博新能源財經(BNEF)估算,過去一年該行業用電量翻了八倍,電費佔收入的三成至六成。瑞信(Credit Suisse)在本年初進一步指出,礦工們在認證過程中得到的比特幣獎勵,會回頭用來支付電費,估計多達八成開支都花在電費上。

正當中外媒體紛紛引述這些令人憂慮的預測,部分學者卻對這些研究提出質疑。專門研究能源模型的美國西北大學(Northwestern University)機械工程教授Eric Masanet認為,Mora的研究「從根本上有缺陷」:「比特幣之類的加密貨幣未來發展如何仍是未知之數,但全球發電業及資訊科技業,包括礦場,已愈來愈能有效運用能源。作者似乎沒有看到這兩個行業的趨勢,同時又假設加密貨幣將被大舉採用,得到的碳排放估算自然是過高和值得懷疑。」

瑞信的觀點也類似,認為比特幣就好比數據中心,數據中心以往亦曾引起用電過量的憂慮,但隨着技術進步,耗電量逐步減少。

此外,比特幣前景未明。據Blockchain.com估計,現時有3,000萬比特幣錢包用戶,雖然比去年12月增加了約1,000萬,但當中絕大部分不是投資者便是投機者,又或是只為逃避監管的用家,難以稱得上在日常生活中普及。特別是現時小額交易仍以現金主導。

根據美國聯邦儲備局資料,當地10美元以下的交易有60%都以現金支付。彭博新能源財經首席策略師Michael Wilshire補充,Mora的研究把比特幣未來使用趨向與過往的消費科技產物相比是不公平的。他解釋,消費產品因市場對某產品或服務的渴求得不到滿足而備受追捧,因價格夠低而普及。按現時的環境來看,比特幣要成為普遍被接受的貨幣仍有很遠距離。

雖然有些店鋪已接受加密貨幣付款,但仍未成為交易主流,至今只是投機炒賣居多。(視覺中國)

何況,一如其他研究者,Krause假設礦工只使用某一款礦機,他本人坦承研究有所不足:「這是由上而下的研究,我們只能從整個網絡來估算。由下而上的研究才可彌補這些估算之間的差距,可更仔細看到某個礦場是否換了新設備。」「由上而下」正是勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)研究員Jonathan Koomey對Digiconomist的估算結果的批評。

Koomey的批評反映了現時加密貨幣用電量爭議的實況,他在網誌指出,現時很難知道比特幣到底用了多少電,因為現有的估算研究沒有多少數據真正從挖礦設施而來:「若要更充分理解比特幣的耗電量,實地斟察和數據十分重要。」再者,隨科技發展,全球整體用電量增加似乎無可避免。美國能源資訊管理局(EIA)估算,未來20年用電量將增加28%。因此,比起討論用電量多少,更關鍵的或在於加密貨幣的電力來源是否低碳而可再生。

能源公司enel以環保為由,拒絕出售電力予加密貨幣礦場。(視覺中國)

考慮改用再生能源操作

儘管加密貨幣會否加劇暖化仍有爭議,但其耗電量多卻獲一定程度上的共識,一些國家更就此作出回應。意大利政府持部分股份的歐洲最大能源公司Enel今年2月基於環保理由,宣布拒絕出售電力予加密貨幣礦場。他們在聲明中說:「Enel已採取減碳及可持續發展的道路,認為加密貨幣密集使用能源的做法不可持續,不切合Enel正推行的商業模式。」

憑藉低廉電價吸引眾多礦場進駐的中國,本年初亦傳出打壓礦場的消息。《騰訊財經》曾引述消息人士報道,指中國央行本年1月召開閉門會議,討論整頓國內用電過量的礦場。

大小礦場因而不得不採取環保的方法挖礦,最直接的做法是把礦場移師到再生能源豐富之處。格魯吉亞初創公司Golden Fleece便選址鄰近高加索山水源的地方,以取得大量便宜電力。Golden Fleece在一間蘇聯時代遺留的棄置卡車廠,放置裝有中國製電腦的貨櫃作礦場,24小時挖掘以太幣(Ether)。

Bitmain、HIVE、Bitfury等大型礦場亦選擇到加拿大、冰島和巴拉圭等地建新礦場,方便使用潔淨能源。冰島擁有豐富的地熱能和水力發電,能源產出接近100%為再生能源。HIVE行政總裁Harry Pokrandt指,加拿大不但跟冰島一樣水力發電充沛,而且互聯網快速可靠,寒冷的氣候還有助礦機降溫。

一些大型礦場已搬到盛產再生能源的地方,圖為礦場Bitmain在冰島的礦場。(視覺中國)

挖礦公司Soluna則更進一步,在非洲摩洛哥收購了37,000英畝的風力發電場,並與德國風力發電開發商ALTUS AG合作生產便宜的挖礦電力,以便在電力上自給自足。Soluna行政總裁John Belizaire透露,公司會將挖礦所得用作發展風力發電廠,亦會把電賣給當地電網獲利。他認為這種垂直整合的模型,不但令比特幣網絡使用更潔淨的能源,也為可再生能源發展找到新的資助方式:「這樣你就能以最低成本生產電力,無人可以改變你的電價。」

另一邊廂,有個體礦工藉由改善用電效率,面對大型礦場的競爭仍能找到生存之道。礦工Krista Hannesdóttir是冰島數學教師,她從農民買入多餘的地熱能,在他們的倉庫安裝礦機,然後把挖礦後多餘的能源作其他用途,例如為室內供熱能。「農舍有很大的儲存空間,不難放置礦機,礦機散發的熱力也可為倉庫添暖。這既減少租金,也降低能源成本。」Hannesdóttir說。

 Hannesdóttir有向農民解釋她在做什麼、機器如何賺錢和使用能源,「他們很懷疑,因為聽起來太美好。但事實上的確在能源和空間使用上降低了成本。」雙贏合作令她礦場規模雖小,但仍有利可圖,每月可挖到等值7,876歐元的以太幣。區塊鏈支付平台Nano創辦人Colin LeMahieu精準地指出了要點:「環保與加密貨幣的運作元素並不相容,唯一變得環保的方法,就是將之建立於同一系統之中。」

礦場湧現影響民生

加拿大加密貨幣數據公司Blockchian Intelligence共同創辦人Shone Anstey指,要與中國礦工競爭,電力成本不可高於4美仙。美國紐約州普拉茨堡市(Plattsburgh)鄰近尼亞加拉瀑布,家用電價因而低至每千瓦小時(kWh)2.7美仙,工業電價則為5美仙,較全美平均7至8美仙為低,因此2016年起吸引礦場進駐。現時該市有兩個大型和六個中型礦場,以及數以百計把挖礦當作興趣的業餘礦工。

然而,礦場和礦工的出現引起當地居民反感,市長Colin L. Read說:「當外來的人看到這裏電費如此便宜,而比特幣價格暴升,就大舉進來。現時我們有15%電力都被大型比特幣礦場用掉,令我們冬天不夠電用,換言之,要在公開市場買額外電力,成本升了30%至50%。」

同樣的情況也在冰島出現,冰島電力公司HS Orka發言人Johann Snorri Sigurbergsson估算,當地今年挖礦使用的能源是去年的一倍,比該國34萬人口家居使用電量總和還要多。冰島財相曾警告,挖礦將會嚴重損害國家經濟。

面對礦場「突襲」搶走電力,部分地區作出反擊。普拉茨堡市在今年3月宣布18個月內禁止開設新礦場,該市和附近縣市還向紐約州政府管理電力的部門申請提高現有礦工的電價,並先後在5月和6月獲得批許。一名政府部門發言人說:「這些公司正使用極大量電力,比家用電力高出數以千倍。小社區的電力便宜而有限,這龐大使用量會令當地消費者面對極高成本。」加拿大魁北克省政府也在今年6月起,拒絕任何礦場對水力發電的申請。

改革挖掘基本模式

這些反應正呼應了一些質疑者的想法,他們認為使用再生能源的環保作用有限,畢竟加密貨幣的最初設計,本質上就是耗電。所以,一些加密貨幣希望從根本上變革,改變認證交易方式。Bitcoin早前推出了名為Lightning Network的更新版,在主鏈之外設置專門用作大量而小額交易的通道——頻繁的交易者之間會開設暫時的特定交易通道,交易期結束後雙方的交易淨額才會記錄到主鏈上,而非每筆交易,因而疏導主鏈處理交易認證的擠塞問題,減少認證過程的耗電量。

以太坊(Ethereum)近年則在討論所謂「權益認證」(Proof-of-stake)的新認證方式是否可行。「權益認證」會以貨幣「注額」(stake)多少代替電腦算力來定出新的交易認證者,一眾準交易認證者需先付出加密貨幣,作為注碼,區塊鏈演算法會「隨機」選出認證者,注額下得愈多,選中機會愈高。若認證了虛假不法交易,注額將被沒收。由於不再需要電腦不斷運算來爭奪認證資格,避免了礦工耗電問題。只是這種能力愈大責任愈大的想法,卻會導致貧者愈貧、富者愈富,因而至今仍在爭議之中。

一些企業則開始使用經授權的區塊鏈(permissioned blockchains),只允許特定、可信賴的參與者使用。Intel和IBM正分別為由不同企業結盟組成的Hyperledger建立新的區塊鏈,Hyperledger共有五種不同的授權區塊鏈;區塊鏈開發商R3研發的授權區塊鏈Corda也專為保障客戶數據而設。由於這些授權區塊鏈都不需要挖礦,故能大幅減少耗電量。銀行等商家認為,這種設計更能保持交易數據隱蔽,因此美國銀行、巴克萊銀行(Barclays)、瑞銀(UBS)、富國銀行(Wells Fargo)都是參與投資這個研究方向。

還有一些另類的方法減少浪費電力。美國康奈爾大學電腦科學教授Emin Gün Sirer從事以太幣研究,其團隊正開發名為Proof-of-useful-work的區塊鏈演算法。他認為,與其把礦工們競逐認證交易時的電腦算力「浪費」於解開密碼上,倒不如為複雜的科學問題出一分力:「例如,認證者可以把電腦算力用在蛋白質摺疊(protein folding,令蛋白質產生特定功能的過程)研究上,他的努力貢獻或足以讓他有權在區塊鏈上加上新方塊。」

上述變革能否徹底解決問題仍成疑問,但當下再生能源似乎是比特幣的出路,而擁有這些資源的地方,特別是窮國,把未來押注在比特幣又是否足以改變命運?詳見另文《【科技.未來】發展加密貨幣 誰可享受經濟成果?》

上文節錄自第138期《香港01》周報(2018年11月19日)《「挖掘」耗電巨大 左右礦場爭奪 加密貨幣可持續性成疑》。

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