比特币对环境的影响

比特币的环境影响是显著的。比特币挖矿是生成比特币和完成交易的过程，这一过程耗费大量能源并产生碳排放，因为在2021年，大约一半的电力是通过化石燃料生成的。此外，比特币是在专用计算机硬件上挖矿的，而这些硬件的使用寿命较短，导致电子废弃物的产生。比特币挖矿所产生的电子废弃物量可与荷兰产生的电子废弃物量相媲美。学者们认为，比特币挖矿可以通过利用风能和太阳能的剩余电力来支持可再生能源的发展。比特币的环境影响引起了监管机构的关注，导致在不同司法管辖区内出台了激励措施或限制。

温室气体排放

作为高耗电过程的挖矿

比特币挖矿是一种耗电量极高的工作量证明（Proof-of-Work）过程。矿工运行专用软件，相互竞争以最先解决当前的10分钟区块，从而获得比特币奖励。转向能效更高的权益证明（Proof-of-Stake）协议被认为是比特币机制的可持续替代方案，并可能解决其环境问题。然而，比特币的支持者反对这种改变，认为工作量证明对于保障网络安全是必要的。

比特币挖矿的分布特性使研究人员难以确定矿工的具体位置和用电量。因此，很难将能源消耗转化为碳排放的具体数据。截至2022年，剑桥替代金融中心（Cambridge Centre for Alternative Finance, CCAF）的一项未经同行评审的研究估计，比特币每年消耗95.5太瓦时（344 PJ）的电力，占全球电力消耗的0.4%，其电力消耗量介于比利时和荷兰之间。2022年，期刊《Joule》发表的一篇未经同行评审的评论文章估计，比特币挖矿每年导致65百万吨二氧化碳的排放量，占全球排放量的0.2%，与希腊的排放水平相当。2024年，一项系统性评论批评了这些估算的基础假设，认为作者依赖的是过时且不完整的数据。

比特币挖矿的能源结构

2021年之前，大部分比特币挖矿活动都在中国进行。中国的矿工主要依靠新疆和内蒙古的廉价煤电在秋末、冬季和春季进行挖矿，而在5月至10月间则迁往四川和云南等低成本水电过剩的地区。

2021年6月，中国禁止比特币挖矿后，挖矿活动转移到了其他国家。

2021年8月，比特币挖矿主要集中在美国（占比35%）、哈萨克斯坦（18%）和俄罗斯（11%）。《Scientific Reports》的一项研究发现，从2016年至2021年，每开采出价值1美元的比特币会造成35美分的气候损害，而煤炭为95美分，汽油为41美分，牛肉为33美分，黄金开采则为4美分。从中国的煤炭资源转移到哈萨克斯坦的煤炭资源增加了比特币的碳足迹，因为哈萨克斯坦的煤电厂使用含碳量最高的硬煤。尽管被禁，比特币在中国的地下挖矿活动逐渐回归，到2022年占全球算力的21%。

通过仅使用清洁电力进行挖矿，可以减少比特币对环境的影响。2023年，Bloomberg Terminal的加密分析师Jamie Coutts表示，可再生能源约占全球比特币挖矿能源来源的一半。而非营利技术公司WattTime的研究估计，美国矿工消耗的电力中有54%来自化石燃料。专家和政府机构（如欧洲证券与市场管理局和欧洲央行）指出，将可再生能源用于挖矿可能会限制清洁能源对普通公众的可用性。

比特币挖矿代表认为，他们的行业为风能和太阳能公司创造了机会。这引发了关于比特币是否可以作为ESG投资的争论。根据2023年发表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上的一篇论文，将间歇性可再生能源（如风能和太阳能）的多余电力用于比特币挖矿可以减少电力弃置，平衡电网并提高可再生能源工厂的盈利能力，从而加速向可持续能源的过渡并减少比特币的碳足迹。2023年发表在《Resource and Energy Economics》上的一项综述也得出结论，比特币挖矿可以增加可再生能源容量，但可能也会增加碳排放；同时，将比特币挖矿用于需求响应能够在很大程度上缓解其环境影响。

由冯祺友（Fengqi You）领导的2023年和2024年的两项研究表明，在风能或太阳能农场尚未接入电网的早期阶段，通过离网挖矿可以带来额外利润，从而支持可再生能源的发展并减缓气候变化。冯祺友于2024年发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的另一项研究显示，将绿色氢能基础设施与比特币挖矿结合，可以加速太阳能和风能装机容量的部署。2024年发表在《Heliyon》上的一项研究模拟发现，使用太阳能驱动的比特币挖矿系统相比向电网售电可以在3.5年内实现投资回报，而售电则需要8.1年，同时每年可防止5万吨二氧化碳的排放。作者指出，权益证明（Proof-of-Stake）加密货币无法提供这些激励措施。

甲烷排放

比特币挖矿有时通过使用伴生石油气（APG）发电进行。APG 是原油钻探过程中产生的一种富含甲烷的副产品，通常会被燃烧或直接排放到大气中。甲烷是一种温室气体，其全球变暖潜力是二氧化碳的28到36倍。通过使用 APG 发电机，比单纯燃烧（火炬气）能够将更多甲烷转化为二氧化碳，从而减少 APG 对温室效应的贡献，但这一做法仍对环境有害。在禁止燃烧火炬气的地区，这一做法帮助更多的石油钻井运作，通过抵消成本延缓了化石燃料的逐步淘汰。针对埃克森美孚（ExxonMobil）的一项试点项目，政治学家 Paasha Mahdavi 在2022年评论称，这种做法可能使石油公司通过出售天然气泄漏量来报告较低的排放量，将责任转移给买家，从而避免了真正的减排承诺。根据2024年发表在《Cleaner Production Journal》上的一篇论文，比特币挖矿还可以为填埋气的甲烷减排提供资金支持。

与其他支付系统的比较

2023年发表在《生态经济学》（Ecological Economics）的一项研究中，国际货币基金组织（IMF）的研究人员估计，全球支付系统约占全球电力消耗的0.2%，相当于葡萄牙或孟加拉国的电力消耗。对比之下，比特币的每笔交易能源消耗估计为约500千瓦时，而信用卡仅为0.001千瓦时（不包括收款银行的电力消耗）。然而，比特币的能源消耗与交易数量没有直接关系。通过第二层解决方案（如闪电网络）和交易打包处理，比特币可以处理的支付数量远多于链上交易显示的数量。例如，在2022年，比特币每年处理1亿笔交易，代表了2.5亿笔支付。

电子废物

比特币通常使用专用计算硬件进行挖矿，这些硬件被称为专用集成电路（ASIC），其唯一用途就是比特币挖矿。由于比特币网络算力的持续增长，一项2021年的研究估计，挖矿设备的平均使用寿命为1.3年，之后因不再盈利而被替换，从而产生了大量电子废物。该研究估计，比特币每年的电子废物超过3万吨（相当于荷兰产生的小型IT设备废弃量），每笔交易平均产生272克（9.6盎司）的电子废物。一篇2024年的系统性评论批评了这一估计，并根据市场销售和IPO数据指出，比特币挖矿硬件的使用寿命更接近4到5年。

水足迹

根据一篇2023年发表的未经过同行评审的评论，比特币在2021年的水足迹达到了1600亿升（5.7×10^10立方英尺），这包括现场的直接用水以及电力生产过程中的间接用水。作者指出，通过使用浸没式冷却以及风能、太阳能和采用干冷却技术的热发电等不需要淡水的能源，可以缓解这一水足迹问题。

监管响应

2021年，中国禁止比特币挖矿，部分原因是非法煤矿的存在和相关的环境问题。

2022年9月，美国科技政策办公室（Office of Science and Technology Policy）强调需要提高比特币挖矿在电力使用、温室气体排放和电子废物方面的透明度。

2022年10月，受全球能源危机影响，欧盟委员会建议成员国减少加密资产矿工的电力消耗，并终止对其的税收优惠和其他激励措施。

2022年11月，美国环保局（Environmental Protection Agency）确认正在研究加密货币挖矿的气候影响。在美国，纽约州因环境问题对新的化石燃料发电挖矿场实施了为期两年的禁令，而爱荷华州、肯塔基州、蒙大拿州、宾夕法尼亚州、罗德岛州、德克萨斯州和怀俄明州则通过税收优惠政策鼓励比特币挖矿。德克萨斯州的激励措施旨在通过比特币挖矿减少火炬气产生的甲烷排放。

2022年末，在加拿大，由于行业的高需求以及对可再生电力更好用途的担忧，马尼托巴省和不列颠哥伦比亚省暂停了比特币挖矿设施接入水电网的新连接，为期18个月，而魁北克水电公司（Hydro-Québec）则提高了价格并限制了比特币矿工的用电量。

2024年1月，美国能源信息署（Energy Information Administration）启动了一项针对加密货币矿工能源使用的强制性调查，但一个月后因矿工成功向德克萨斯西区联邦地区法院提起诉讼而被暂停。