【科技．未来】用电量争议不绝 加密货币走上环保之路
2015年联合国气候变化大会（COP21），176国同意致力控制全球升温于摄氏2度以内，以避免旱灾、热浪、台风、泛滥等极端气候灾害加剧。上月，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）再在报告中强调，气温升幅须控制于摄氏1.5度内。在暖化现象迫在眉睫之际，科学家担心加密货币（cryptocurrency）会火上加油。
著名学术期刊《Nature Climate Change》在上月底刊登了一项研究，估算比特币（Bitcoin）将对环境造成极大影响，或足以在20年内令全球升温摄氏2度。这项研究由美国夏威夷大学马诺阿分校（UH Manoa）地理及环境教授Camilo Mora带领，他的团队先分析现时用来“挖掘”比特币的机器的效能，再根据机器所在国家（绝大部分在以燃煤发电的中国）生产电力时的碳排放量，估算出比特币在2017年排放了6,900万吨二氧化碳当量（carbon dioxide equivalent, CO2e），相当于人口近900万的奥地利的碳排放总量。
虽然比特币交易在去年仅占全球无现金交易约0.033%，但研究预期比特币日后发展将使地球严重暖化。Mora的团队以信用卡、电力、洗碗机在历史上发展速度为参考，推算比特币的未来累计碳排放量，慢则于二十二年内令地球升温摄氏2度，快则只要十一年。
加速暖化之说待商榷
近年有关比特币用电量惊人的研究不绝于耳，Mora的估算只是其中之一。另一项新研究本月初刊于《Nature Sustainability》期刊，作者Max Krause估算，挖掘加密货币比挖掘真正金属要用上更多能源。
例如，每挖掘1美元等值的比特币便需要19兆焦耳（Megajoule，MJ），远超挖掘黄金（5MJ）和铜（4MJ）所需的能源（见表一）。
由罗兵咸永道（PwC）区块链专家Alex de Vries创立的网站Digiconomist，专门观察加密货币的耗电量。去年11月Digiconomist估算，加密货币的耗电量已相当于爱尔兰全国，本年1月时更超越新西兰和匈牙利，每年的碳排放量相等于飞机航班横越大西洋100万次。de Vries估算，处理每宗比特币交易的耗电量比Visa信用卡高八万倍：“Visa比较中央化，对不信任金融体系的人来说固然不太吸引。但这种差异是否值得消耗更多能源成本？我想，对很多人来说可能不太值得。”
用电过量的指控，针对的其实是加密货币俗称“挖矿”（mining）的过程（见表二）。简单来说，比特币交易需依赖用户互相协助认证，交易网络中的不同人（即“矿工”，miners）会以斗快解谜的方式竞逐认证交易的权利，过程中可得到比特币作为奖励。
比特币的网络设计独特，谜题会随着参与人数愈多而愈难，一枚比特币价格最高曾达近2万美元，矿工数目及挖矿难度可想而知。同时，比特币总数有限，发放奖励会随时日消减。换言之，矿工们需要运算能力愈来愈强的电脑（俗称“矿机”，由多部电脑组成的工业级别又称“矿场”），耗电量也自然愈来愈多。
这些估算数字可能已算较保守，因为很多大型矿场需要开冷气防止电脑过热，Krause的估算并没有包括用作冷却的电力。据彭博新能源财经（BNEF）估算，过去一年该行业用电量翻了八倍，电费占收入的三成至六成。瑞信（Credit Suisse）在本年初进一步指出，矿工们在认证过程中得到的比特币奖励，会回头用来支付电费，估计多达八成开支都花在电费上。
正当中外媒体纷纷引述这些令人忧虑的预测，部分学者却对这些研究提出质疑。专门研究能源模型的美国西北大学（Northwestern University）机械工程教授Eric Masanet认为，Mora的研究“从根本上有缺陷”：“比特币之类的加密货币未来发展如何仍是未知之数，但全球发电业及资讯科技业，包括矿场，已愈来愈能有效运用能源。作者似乎没有看到这两个行业的趋势，同时又假设加密货币将被大举采用，得到的碳排放估算自然是过高和值得怀疑。”
瑞信的观点也类似，认为比特币就好比数据中心，数据中心以往亦曾引起用电过量的忧虑，但随着技术进步，耗电量逐步减少。
此外，比特币前景未明。据Blockchain.com估计，现时有3,000万比特币钱包用户，虽然比去年12月增加了约1,000万，但当中绝大部分不是投资者便是投机者，又或是只为逃避监管的用家，难以称得上在日常生活中普及。特别是现时小额交易仍以现金主导。
根据美国联邦储备局资料，当地10美元以下的交易有60%都以现金支付。彭博新能源财经首席策略师Michael Wilshire补充，Mora的研究把比特币未来使用趋向与过往的消费科技产物相比是不公平的。他解释，消费产品因市场对某产品或服务的渴求得不到满足而备受追捧，因价格够低而普及。按现时的环境来看，比特币要成为普遍被接受的货币仍有很远距离。
何况，一如其他研究者，Krause假设矿工只使用某一款矿机，他本人坦承研究有所不足：“这是由上而下的研究，我们只能从整个网络来估算。由下而上的研究才可弥补这些估算之间的差距，可更仔细看到某个矿场是否换了新设备。”“由上而下”正是劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）研究员Jonathan Koomey对Digiconomist的估算结果的批评。
Koomey的批评反映了现时加密货币用电量争议的实况，他在网志指出，现时很难知道比特币到底用了多少电，因为现有的估算研究没有多少数据真正从挖矿设施而来：“若要更充分理解比特币的耗电量，实地斟察和数据十分重要。”再者，随科技发展，全球整体用电量增加似乎无可避免。美国能源资讯管理局（EIA）估算，未来20年用电量将增加28%。因此，比起讨论用电量多少，更关键的或在于加密货币的电力来源是否低碳而可再生。
考虑改用再生能源操作
尽管加密货币会否加剧暖化仍有争议，但其耗电量多却获一定程度上的共识，一些国家更就此作出回应。意大利政府持部分股份的欧洲最大能源公司Enel今年2月基于环保理由，宣布拒绝出售电力予加密货币矿场。他们在声明中说：“Enel已采取减碳及可持续发展的道路，认为加密货币密集使用能源的做法不可持续，不切合Enel正推行的商业模式。”
凭借低廉电价吸引众多矿场进驻的中国，本年初亦传出打压矿场的消息。《腾讯财经》曾引述消息人士报道，指中国央行本年1月召开闭门会议，讨论整顿国内用电过量的矿场。
大小矿场因而不得不采取环保的方法挖矿，最直接的做法是把矿场移师到再生能源丰富之处。格鲁吉亚初创公司Golden Fleece便选址邻近高加索山水源的地方，以取得大量便宜电力。Golden Fleece在一间苏联时代遗留的弃置卡车厂，放置装有中国制电脑的货柜作矿场，24小时挖掘以太币（Ether）。
Bitmain、HIVE、Bitfury等大型矿场亦选择到加拿大、冰岛和巴拉圭等地建新矿场，方便使用洁净能源。冰岛拥有丰富的地热能和水力发电，能源产出接近100%为再生能源。HIVE行政总裁Harry Pokrandt指，加拿大不但跟冰岛一样水力发电充沛，而且互联网快速可靠，寒冷的气候还有助矿机降温。
挖矿公司Soluna则更进一步，在非洲摩洛哥收购了37,000英亩的风力发电场，并与德国风力发电开发商ALTUS AG合作生产便宜的挖矿电力，以便在电力上自给自足。Soluna行政总裁John Belizaire透露，公司会将挖矿所得用作发展风力发电厂，亦会把电卖给当地电网获利。他认为这种垂直整合的模型，不但令比特币网络使用更洁净的能源，也为可再生能源发展找到新的资助方式：“这样你就能以最低成本生产电力，无人可以改变你的电价。”
另一边厢，有个体矿工借由改善用电效率，面对大型矿场的竞争仍能找到生存之道。矿工Krista Hannesdóttir是冰岛数学教师，她从农民买入多余的地热能，在他们的仓库安装矿机，然后把挖矿后多余的能源作其他用途，例如为室内供热能。“农舍有很大的储存空间，不难放置矿机，矿机散发的热力也可为仓库添暖。这既减少租金，也降低能源成本。”Hannesdóttir说。
Hannesdóttir有向农民解释她在做什么、机器如何赚钱和使用能源，“他们很怀疑，因为听起来太美好。但事实上的确在能源和空间使用上降低了成本。”双赢合作令她矿场规模虽小，但仍有利可图，每月可挖到等值7,876欧元的以太币。区块链支付平台Nano创办人Colin LeMahieu精准地指出了要点：“环保与加密货币的运作元素并不相容，唯一变得环保的方法，就是将之建立于同一系统之中。”
矿场涌现影响民生
加拿大加密货币数据公司Blockchian Intelligence共同创办人Shone Anstey指，要与中国矿工竞争，电力成本不可高于4美仙。美国纽约州普拉茨堡市（Plattsburgh）邻近尼亚加拉瀑布，家用电价因而低至每千瓦小时（kWh）2.7美仙，工业电价则为5美仙，较全美平均7至8美仙为低，因此2016年起吸引矿场进驻。现时该市有两个大型和六个中型矿场，以及数以百计把挖矿当作兴趣的业余矿工。
然而，矿场和矿工的出现引起当地居民反感，市长Colin L. Read说：“当外来的人看到这里电费如此便宜，而比特币价格暴升，就大举进来。现时我们有15%电力都被大型比特币矿场用掉，令我们冬天不够电用，换言之，要在公开市场买额外电力，成本升了30%至50%。”
同样的情况也在冰岛出现，冰岛电力公司HS Orka发言人Johann Snorri Sigurbergsson估算，当地今年挖矿使用的能源是去年的一倍，比该国34万人口家居使用电量总和还要多。冰岛财相曾警告，挖矿将会严重损害国家经济。
面对矿场“突袭”抢走电力，部分地区作出反击。普拉茨堡市在今年3月宣布18个月内禁止开设新矿场，该市和附近县市还向纽约州政府管理电力的部门申请提高现有矿工的电价，并先后在5月和6月获得批许。一名政府部门发言人说：“这些公司正使用极大量电力，比家用电力高出数以千倍。小社区的电力便宜而有限，这庞大使用量会令当地消费者面对极高成本。”加拿大魁北克省政府也在今年6月起，拒绝任何矿场对水力发电的申请。
改革挖掘基本模式
这些反应正呼应了一些质疑者的想法，他们认为使用再生能源的环保作用有限，毕竟加密货币的最初设计，本质上就是耗电。所以，一些加密货币希望从根本上变革，改变认证交易方式。Bitcoin早前推出了名为Lightning Network的更新版，在主链之外设置专门用作大量而小额交易的通道——频繁的交易者之间会开设暂时的特定交易通道，交易期结束后双方的交易净额才会记录到主链上，而非每笔交易，因而疏导主链处理交易认证的挤塞问题，减少认证过程的耗电量。
以太坊（Ethereum）近年则在讨论所谓“权益认证”（Proof-of-stake）的新认证方式是否可行。“权益认证”会以货币“注额”（stake）多少代替电脑算力来定出新的交易认证者，一众准交易认证者需先付出加密货币，作为注码，区块链演算法会“随机”选出认证者，注额下得愈多，选中机会愈高。若认证了虚假不法交易，注额将被没收。由于不再需要电脑不断运算来争夺认证资格，避免了矿工耗电问题。只是这种能力愈大责任愈大的想法，却会导致贫者愈贫、富者愈富，因而至今仍在争议之中。
一些企业则开始使用经授权的区块链（permissioned blockchains），只允许特定、可信赖的参与者使用。Intel和IBM正分别为由不同企业结盟组成的Hyperledger建立新的区块链，Hyperledger共有五种不同的授权区块链；区块链开发商R3研发的授权区块链Corda也专为保障客户数据而设。由于这些授权区块链都不需要挖矿，故能大幅减少耗电量。银行等商家认为，这种设计更能保持交易数据隐蔽，因此美国银行、巴克莱银行（Barclays）、瑞银（UBS）、富国银行（Wells Fargo）都是参与投资这个研究方向。
还有一些另类的方法减少浪费电力。美国康奈尔大学电脑科学教授Emin Gün Sirer从事以太币研究，其团队正开发名为Proof-of-useful-work的区块链演算法。他认为，与其把矿工们竞逐认证交易时的电脑算力“浪费”于解开密码上，倒不如为复杂的科学问题出一分力：“例如，认证者可以把电脑算力用在蛋白质折叠（protein folding，令蛋白质产生特定功能的过程）研究上，他的努力贡献或足以让他有权在区块链上加上新方块。”
上述变革能否彻底解决问题仍成疑问，但当下再生能源似乎是比特币的出路，而拥有这些资源的地方，特别是穷国，把未来押注在比特币又是否足以改变命运？详见另文《【科技．未来】发展加密货币 谁可享受经济成果？》
上文节录自第138期《香港01》周报（2018年11月19日）《“挖掘”耗电巨大 左右矿场争夺 加密货币可持续性成疑》。
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