Arcane Research：比特币未来会消耗多少能源？

原标题：比特币未来会消耗多少能量？

许多关于比特币的争论都集中在它目前的能源消耗上，但很少考虑它在未来将如何发展。 在本文中，我们根据几种价格情景估算了比特币未来的能源消耗。

什么决定了比特币未来的能源消耗？

在深入估算之前，我们应该了解决定比特币未来能源消耗的因素。 最重要的变量是比特币价格、交易费用、矿工用于电费的收入百分比，以及矿工的平均电价。

比特币年能耗=BTC价格X（区块补贴+每块平均交易手续费）X每年区块数量X矿工在能源上花费的收入百分比/矿业平均能源价格

比特币价格

比特币价格是决定比特币未来能源消耗的最关键因素。

比特币价格乘以区块奖励决定了整个行业比特币矿工的收入，包括他们的成本和利润率。 比特币价格的上涨带动了全行业矿工收入的增加，短期内提高了矿工的利润率。 比特币挖矿是一个竞争激烈、进入门槛低的行业。 这些丰厚的利润空间自然会吸引更多的矿工参与，导致能源消耗增加。

手续费

目前，大多数矿工几乎不考虑交易费用，因为它们只占矿工总收入的一小部分。 所以你可能会惊讶为什么我们认为比特币的交易费用水平对其未来的能源消耗至关重要。

比特币矿工每年生产 52,560 个区块，第一个抢到区块的矿工将获得区块奖励。 区块奖励由两部分组成：区块补贴和交易手续费。

区块补贴是新铸造的比特币，而交易费是比特币支付给矿工作为区块中包含的交易的发送者的小费。

根据 CoinMetrics，每个区块的历史平均交易费用为 0.4 BTC，这是当前区块奖励的一小部分。

交易手续费在区块奖励中可能看起来并不重要，但由于区块奖励每四年左右减半比特币未来减半时间表，其重要性将逐渐增加。

我们假设到 2040 年每个区块的交易费用将保持在 0.4 BTC。由于交易费用不变但区块补贴每四年减半，交易费用将逐渐成为区块奖励的更大份额。 据我估计，到 2040 年，交易费用份额将增长到 67%，其中区块补贴为 0.195 BTC，交易费用为 0.4 BTC。

虽然比特币价格是比特币未来能源消耗的最关键决定因素，但交易费用紧随其后，而且它们的重要性在未来将进一步增长。

矿工用于电费的收入百分比

比特币矿工将收入的一定比例用于能源，这个比例越高，行业的能源消耗就越高。 要估计这个百分比在 2040 年的去向，我们必须再次审视该行业的竞争性质。

在任何行业，支出都可以分为两个主要部分：CAPEX（资本支出）和 OPEX（运营支出）。 对于比特币矿工来说，CAPEX 包括设备和电力基础设施，而 OPEX 主要包括能源。 目前，基于 88 TWh 的能源消耗和每兆瓦时 50 美元的平均能源价格，比特币矿工将大约 50% 的收入用于能源。

我相信随着行业的成熟，比特币矿工在能源收入中的份额将从目前的水平有所增长。 随着行业的成熟，它很可能会成为有史以来最具竞争力的行业。 这是一个难以监管且进入门槛低的全球性行业。 从长远来看，竞争力量可能会抹去利润率，但矿工除外，他们可以获得异常便宜的电力。

此外，随着 ASIC 改进的放缓，CAPEX 部分将逐渐减少。 为了说明这些趋势比特币未来减半时间表，我假设矿工收入中用于电力的百分比每年增加 2%，到 2040 年将达到 71%。

比特币采矿业的平均能源价格

正如我所解释的，比特币矿工将共同获得特定的年收入，具体取决于比特币价格和区块奖励。 他们将把一定比例的收入用于能源，具体取决于行业竞争情况。 要了解能源成本转化为多少能源，我们必须估算该行业的平均能源价格。

我们估计比特币挖矿业的平均电价为每兆瓦时 50 美元，我相信在可预见的未来它会保持在这个水平。 我们已经看到全球范围内的高通胀，而且很可能会继续下去。 尽管如此，比特币挖矿的超级竞争性质将激励矿工寻找更便宜的能源。

比特币挖矿是一个与地点无关的行业，这意味着你几乎可以在法规允许的任何地方开展挖矿业务。 到 2040 年，我相信大多数比特币矿工将使用比电网便宜得多的闲置能源。 一些矿工可能仍连接到电网，但他们将通过提供需求响应服务或出售其设备的热输出来降低能源成本。

矿工通过为能源行业提供正外部性来降低能源成本，这将抵消通货膨胀的影响。 因此，我认为采矿业的平均能源价格将保持在每兆瓦时 50 美元。

比特币可能是一个重要的能源消耗者，但这取决于价格

如果您阅读过任何关于比特币挖矿的头条新闻，您可能会认为该行业目前是全球能源的巨大消耗者。

然而，比特币挖矿每年仅消耗 88 TWh，占全球能源消耗 173,340 TWh 的 0.05%。 这意味着目前比特币挖矿的能源消耗在全球范围内只是一个很小的数字。

比特币挖矿目前的能源消耗可能有限，但从历史上看，它随着比特币价格的上涨而迅速增长。 如果未来几十年比特币价格继续飙升，比特币挖矿可能会成长为全球主要的能源消耗者。

比特币价格是决定比特币未来能源消耗的最关键因素。 因此，我模拟了三个场景：

比特币价格到 2040 年线性增长至 200 万美元的看涨情景。比特币价格在 2040 年线性增长至 500,000 美元的中性情景。比特币价格到 2040 年线性增长至 100,000 美元的看跌情景。

如下图所示，比特币未来的能源消耗将根据未来比特币价格的不同而有很大差异。

如果到 2040 年比特币价格达到 200 万美元，比特币每年可能消耗 894 TWh——比今天的水平增加 10 倍。 据估计，这一能源消耗量相当于 2040 年全球能源消耗量的 0.36%，比目前 0.05% 的份额大幅增加。

让我们来看一个更中性的情景，即比特币价格到 2040 年达到 500,000 美元。在这种情景下，比特币每年消耗 223 TWh，略高于当前水平的两倍。 能源消耗的这种小幅增长令人惊讶，因为 500,000 美元的比特币价格将代表比特币价格上涨 20 倍。 在这里我们看到了减半的影响，这将在本文后面解释。

在我们的看跌情景中，比特币价格将在 2040 年达到 100,000 美元。虽然这将是今天价格的 4 倍多，但比特币的年能耗将减半至 45 TWh，占全球能源消耗的 0.02%。 与中性情况一样，这就是减半的魔力。

情景分析：比特币价格和交易费用

以上三种情况仅在价格上有所不同。 如前所述，交易费用的高低也对比特币未来的能源消耗产生巨大影响。 因此，我对 2040 年比特币的能源消耗量将根据比特币价格和交易费用的变化进行了情景分析。

在上表中，我们看到在2040年比特币价格为200万美元的情况下，交易费用对比特币的能源消耗产生了巨大的影响。每个区块的交易费用每增加0.1 BTC，比特币的能源消耗增加150 TWh，几乎是原来的两倍。当前能耗为 88 TWh。

表中另一个有趣的结论是，根据每块 0.4 BTC 的历史平均交易费用，比特币价格必须在 2040 年超过 200,000 美元才能使其能源消耗保持在当前水平。 在这里，我们再次看到减半的影响。

上图与上一张图相同，但不是以 TWh 为单位显示能源消耗，而是以占全球能源消耗的百分比显示。 在这里，我们假设到 2040 年全球能源消耗的年增长率为 2%。

如果到 2040 年比特币价格达到 200 万美元并且交易费用保持在历史平均水平，那么比特币在全球能源消耗中的份额将为 0.36%。 与今天仅 0.05% 的水平相比，这是一个巨大的增长，但仍远低于一些比特币评论家预测的“世界末日”。 在这个能源消耗水平上，比特币挖矿将被视为一个重要的能源密集型行业，但仍远低于水泥生产等行业，后者消耗了世界 2% 的能源。

减半限制了比特币的能源消耗增长

下图显示了我们对 2022 年至 2040 年比特币能源消耗发展的估计。我们可以看到，在所有价格情景下，能源消耗每四年大幅下降。 原因是区块补贴每210,000个区块或每四年减半。

由于区块补贴每四年减半，比特币挖矿将逐渐降低能源消耗。 随着时间的推移，区块补贴减半对比特币挖矿能耗的影响会逐渐减弱。

假设每个区块的交易费用为 0 BTC，只有当比特币的价格上涨速度快于区块补贴减少的速度时，比特币的能源消耗才会增加。 区块补贴每四年减半，比特币的价格必须每四年翻一番才能抵消这种影响。 在这种情况下，比特币的价格在 2040 年必须达到 650,000 美元左右，其能源消耗才会高于今天。

但是交易手续费是肯定会存在的，比特币每个区块的历史平均交易手续费是0.4个比特币。 假设交易费用保持在这个水平，比特币价格不需要每四年翻一番来抵消区块补贴减半。 在这种情况下，比特币价格超过 200,000 美元只会增加比特币在 2040 年的能源消耗。

综上所述

比特币未来的能源消耗非常不确定，取决于几个因素。 不过有一件事是肯定的：比特币只有在其价格达到数百万美元时才会成为全球主要的能源消耗品。

虽然比特币价格的上涨会刺激更多的挖矿活动和更高的能源消耗，但减半会产生相反的效果。 由于减半，比特币的价格必须继续以惊人的速度上涨，比特币的能源消耗才能长期增加。 减半的缓解作用可以被未来交易费用的增加所抵消。 只有当比特币成为主导的全球支付系统并且需求量很大时，这种增长才会发生。

这一事实使我们从这篇论文中得出了一个重要的结论。 即：只有当人们将比特币视为一种价值存储和支付系统时，比特币未来的能源消耗才会增长。 请记住，如果价格增长到数百万美元并且交易费用相当高，比特币将在 2040 年消耗大量能源。 比特币价格取决于市场对比特币作为价值储存手段的需求，而交易费用则取决于比特币支付系统的使用需求。

因此，我们可以说，只有比特币作为“货币”取得成功，能源消耗才会达到极高的水平。 即使在 2040 年 200 万美元的看涨价格情景下，比特币也仅消耗全球能源消耗的 0.36%。 花费我们 0.36% 的能源来确保价值储存并为全球数十亿人促进交易是非常值得的——这甚至没有考虑到比特币矿工的能源需求，因为比特币矿工会激励更多的能源生产。