ビットコインマイニングによる気候変動の経済的推定は、デジタルゴールドよりもデジタル原油に近いことを示している

Rapporti scientifici Volume 12,

Scientific Reports volume 12、記事番号: 14512 (2022) この記事を引用

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この論文は、主要なプルーフ・オブ・ワーク暗号通貨であるビットコイン (BTC) のマイニングによるエネルギー関連の気候被害の経済的推定を提供します。私たちは、気候被害が持続不可能である可能性があることを知らせるために、3 つの持続可能性基準を提供しています。 BTC マイニングは 3 つすべてに失敗します。 2016 年から 2021 年にかけて、(i) BTC によるコイン当たりの気候被害は、業界の成熟に伴い減少するのではなく、増加していることがわかりました。 (ii) 特定の期間中、BTC の気候による損害は、作成された各コインの価格を超えます。 (iii) 平均すると、生み出されたBTC市場価値1ドル当たり0.35ドルの世界的な気候被害を引き起こしており、市場価値のシェアとしては、牛肉の生産量とガソリンとして燃やされる原油の間の範囲にあり、桁違いです。風力や太陽光よりも高い。総合すると、これらの結果は一連の持続可能性に関する危険信号を表しています。支持者らはBTCを「デジタルゴールド」の代表として提案しているが、気候変動の観点から見ると、BTCは「デジタル原油」のように機能する。

ブロックチェーン技術が急速に発展し、暗号化と分散型の許可不要の公開台帳が使用されることにより、今日のインターネットの進化により、デジタル的に希少なさまざまな商品の出現が可能になりました1。このデジタル経済には、さまざまなデジタルメディア 2 のトークンなどの代替不可能な資産だけでなく、数百の交換プラットフォーム 3 でサポートされている数千の暗号通貨などの代替可能で分割可能な資産も含まれます。デジタル的に希少な商品を選択すると、エネルギーを大量に使用する生産スキームが使用されます4,5。これらには、いくつかの著名な暗号通貨 (例: ビットコイン、イーサ) が含まれており、これまでのところ、分散型パブリックで暗号化された検証を提供するためのプルーフ・オブ・ワーク (POW) マイニングとして知られる、非常にエネルギー集約的で競争力のあるトーナメント形式の生産スキームに基づいています。台帳6、7。

POW ベースの暗号通貨は、過去 10 年以上にわたって世界市場に破壊的に参入してきたブロックチェーン技術の大規模なセットの一部です8。暗号通貨の生産は比較的分散化されており、最初に足場を築き、その後より大きな領域を占めるようになったため、ほとんど規制されていません9。暗号通貨は市場で価格設定され取引されますが、多くの場合、かなりの変動性 10 や、投機バブル 11 や価格操作の証拠 12、13 などの金融異常を示します。しかし、さまざまな支持者は、そのようなイノベーションは発展途上国で大きな価値を提供する、または特に必要とされていると主張しています（たとえば、十分なサービスを受けていない人々への持続可能な新しい金融商品や交換媒体の提供14、投資の多様化15、または政府の汚職を回避するルート16など）。他の人は、そのような破壊の利益を疑問視しており、特に新しい技術（例：POW タイプの技術）がエネルギーを大量に使用し、それに伴う炭素排出による潜在的に大きな社会的コストを伴う場合には疑問を呈します 17,18。潜在的には、目的の利益を提供しながらも、学習 19 し、消費エネルギーが大幅に少ない代替生産経路に移行する大きな余地があるかもしれません 20。しかし、あらゆる種類のブロックチェーン技術には冗長性（関与するノードの数や操作の負荷など）があるため、エネルギー使用量の純削減を達成することは本質的に困難です21。このような背景と、気候変動を緩和する広範な取り組みの中で、政策課題は、エネルギー集約型の POW 暗号通貨を含む、新興の分散型産業のためのガバナンスメカニズムを構築することです 22,23。このような取り組みは、潜在的に持続不可能な気候被害に関する測定可能な経験的シグナルによって助けられるだろう。

この分析では、ビットコイン (BTC) に焦点を当て、マイニングコインによる気候被害を推定し、これらの被害が持続不可能になる可能性があることを示すためのいくつかの基準を調査します。まず、業界が成熟するにつれて、採掘された BTC あたりの推定気候被害の傾向は増加しないはずです。第二に、採掘された BTC ごとに、その市場価格は推定される気候被害を常に超える必要があります。つまり、BTC マイニングは、単位あたりの気候による損害が、かなりの期間にわたってコイン市場価格よりも大きくなるような「水中」で行われるべきではありません。第三に、選択した時間枠におけるBTCの持続可能性を文脈化するために、マイニングされたコイン当たりの推定気候被害は、他のセクターや商品の単位市場価値当たりの気候被害の基準パーセンテージベンチマークと有利に比較されるべきである。たとえば、私たちが規制しているもの、または持続不可能であると考えているものなど。私たちは、新興産業による初期の気候被害の「危険信号」として、これらの測定可能な基準を考慮事項として提供します。これらは変更の必要性を示します (例: 代替生産)。そのような変化がなければ、「通常通りの」アプローチをやめて、集団的な行動（例えば、規制の強化）を検討する時期が来ているかもしれません。

ビットコイン (BTC) で使用されるプルーフ・オブ・ワーク (POW) ブロックチェーン技術は、エネルギーを大量に消費します5,24。文脈としては、BTC は分散型オープンソースブロックチェーンを備えた暗号通貨であり、その公開台帳は 2009 年に開始され 25、中央機関 (銀行や政府など) なしでピアツーピアで取引されます。 2021 年 12 月までに、BTC の時価総額は約 9,600 億ドル (米ドル) となり、すべての仮想通貨の中で約 41% の世界市場シェアを占めました 26。

POW ブロックチェーンテクノロジーは、個人または複数の「マイナー」によって実行される競争的なコンセンサス主導の検証プロセスを通じて新しいブロックがブロックチェーンに追加されるため、エネルギーを大量に消費します。マイナーは、ブロックチェーン上で発生するトランザクションを検証し、同時にブロックに一意のトランザクション識別子、つまり「ハッシュ」を正しく提供するために競合します27。指定された数のトランザクションを最初に検証し、正しいハッシュ識別子を提供したマイナーには、新しい暗号通貨が与えられ、新しいブロックがチェーンに追加されます28。

正しいハッシュ識別子の提供には、分散型の制作プロセスにより膨大なエネルギーが消費され、これにより競争が促進され、「勝者総取り」ゲームが生まれます27。世界中のマイナーが、チェーンに新しいブロックをできるだけ早く追加するために競争するため (つまり、ターゲットのハッシュ識別子 [「ハッシュレート」] の推測を生成することによって) は、高度に特殊化されたコンピューター機器と機械 (「」として知られています) を使用します。「採掘リグ」）は、競争力を持って稼働するために大量の電力を使用します4。マイナーがますます多くの計算能力を求めて競争するにつれて (たとえば、より多くのマイナーがネットワークに参加するにつれて、またはより効率的なマイニングリグが使用されるにつれて、またはその両方として)、ネットワーク全体のハッシュレートが増加し、内生的に、ハッシュレートを正しく推測するために必要な計算の難易度が上昇します。これにより、マイニング活動の全体的なエネルギー使用量が増加します29。

2016 年 1 月から 2021 年 12 月までのネットワークハッシュレートデータと、マイニング機器の電力消費と効率に関するデータ 5,30 を使用して、図 1 にマイニング BTC の世界的な電力使用量とコインあたりの価格を示します。これらの推定に基づくと、2020 年の BTC マイニングでは年間 75.4 TWh の電力が使用されましたが、これはオーストリア (2020 年 1 年あたり 69.9 TWh) やポルトガル (2020 年 1 年あたり 48.4 TWh) が使用したエネルギーよりも多くなります 31。 BTC の電力使用量には一般的に増加傾向があり、BTC 価格とマイニングエネルギー使用量の間には密接な相関関係があります。 2021 年夏の BTC 為替価格と採掘エネルギー使用量の下落は、おそらく中国が金融機関と決済会社による仮想通貨関連取引の提供を禁止したことによるものと考えられます32。

マイニング活動による世界の 7 日間の 1 日あたりの平均電力使用量 (右軸) と、ビットコイン (BTC) の米ドルでのコイン交換価格 (左軸)。 2016 年 1 月 1 日から 2021 年 12 月 31 日までのデータが表示されます。電力使用量は、ブロックチェーンチャート (https://www.blockchain.com/charts) からダウンロードされたネットワークハッシュレートデータとマイニングリグの効率 (「方法」セクションを参照) に基づいて計算されます。 Yahoo!からダウンロードした価格ファイナンス (https://finance.yahoo.com/cryptocurrency/)。すべてのネットワークハッシュレートと価格データは補足データで提供されます。

ケンブリッジ大学の推計によれば、捕虜の仮想通貨のマイニングに使用される電力の大部分は石炭と天然ガスから来ているが、仮想通貨のマイニングが禁止されるまで中国では水力発電の利用が目立っていた可能性が高い32,33。世界的には、捕虜の採掘の 39% が再生可能エネルギーで賄われていると推定されています。これは、化石燃料などの非再生可能エネルギーが大部分 (約 61%) の電力を供給していることを意味します33。化石燃料エネルギーを大量に使用するため、暗号通貨マイニングは地球規模の炭素排出量 30,34 と、それに伴う環境破壊に貢献しています 35。 Goodkind et al.29 は、2018 年にマイニングによって生み出された BTC 市場価値 1 ドル (米ドル) ごとに、米国では健康被害と気候被害を合わせて 0.49 ドル (米ドル)、中国では 0.37 ドル (米ドル) に関連していると推定しました。 Krause と Tolaymat5 は、2016 年 1 月から 2018 年 6 月までに、BTC、イーサ、ライトコイン、およびモネロのコインが 300 万トンから 1,500 万トンの CO2 排出の原因となったと推定しました。比較のために、2018 年には、同様の量の CO2 がアフガニスタン (744 万トン) から排出されました。）、スロベニア（1,410万トン）、ウルグアイ（652万トン）36。

マイニング作業が時間の経過とともに増加するにつれて、作成されたコインあたりの CO2e (二酸化炭素換算値) 排出量が急激に増加すると推定されています。 BTC マイナーの所在地と地域の電力構成の世界的な推定、および世代別の地域の CO2e 排出係数 37 を使用すると、2021 年に採掘された BTC は 2016 年に採掘された BTC の 126 倍の CO2e を排出し、0.9 から 113 に増加します。 2016 年から 2021 年までのコインあたりのトン (t) CO2e (図 2A)。

ビットコイン (BTC) マイニングによる気候被害、CO2e 排出量、およびコイン価格に占める気候被害の世界的な推定値。 (A) BTC の推定気候被害 ($/採掘コイン) および CO2e 排出量 (t/採掘コイン、棒グラフ)。時間の傾向を示すために、非線形の傾向線がコインごとのダメージデータに当てはめられています (点線)。 (B) BTC のコイン価格に占める気候変動による損害。表示される値は 7 日間の移動平均です。 (A) で採掘されたコインごとの気候被害は、(B) で計算するために、コインの毎日の市場価格で割られ、100 を掛けてパーセンテージに変換されました。査読済みの文献の範囲に基づいて、CO2e 排出量に使用される $100 t−1 の損傷係数。損害賠償額は米ドルで表示されます。推定期間は 2016 年 1 月 1 日から 2021 年 12 月 31 日までです。使用される排出係数と気候被害データについては補足データを参照してください。

作成されたコインあたりの CO2e 排出量の増加に伴い、BTC の作成による気候被害は時間の経過とともに増加しました (図 2A)。一般に炭素の社会的費用（SCC）と呼ばれる、CO2e 排出量の $100 t−1 の損害係数（特に断りのない限り米ドル（US$）での金額）を使用すると、2021 年に作成された各 BTC は 11,314 ドルの気候損害をもたらしました。、平均すると、2021年に採掘されたすべてのコインの世界的な損害総額は37億ドルを超えます。 2016 年から 2021 年にかけて、BTC による世界の気候被害総額は 120 億ドルと推定されています。 2020年末のBTC価格の急速な上昇により、鉱山による気候被害は2021年の市場価格の25％を占めました（図2B）。このパーセンテージは、製品の市場価格に対する外部性の規模を正規化するのに役立ちます。図 2B では、潜在的な懸念範囲を 2 つ示しています。コイン価格に占める気候被害の割合が 50 ～ 100% の場合 (琥珀色で表示)、および 100% を超える場合 (赤色で表示) です。前者はGoodkind et al.29で見つかった平均値を上回り、後者はBTCがコインベースで「水没」していた時期（つまり、コインの市場価格を超える気候被害）を表している。 2019年と2020年には価格が大幅に下落したため、BTCの気候変動による損害は平均で市場価格の64％でした。 2020年の3分の1以上の日において、BTCの気候被害は販売されたコインの価格を上回りました。被害額は2020年5月にコイン価格の156％でピークに達し、同月に生み出されたBTC市場価値1ドル当たり1.56ドルの世界的な気候被害を引き起こしていることを示唆している。

「業界が成熟するにつれて、採掘された BTC あたりの推定気候被害の傾向が増加すべきではない」という最初の持続可能性基準によれば、BTC は失敗します。図 2A の非線形傾向線からわかるように、コインあたりの推定気候被害には明らかな上昇軌道が見られます。業界が成熟するにつれて減少するのではなく、平均して、新たに採掘されるBTCコインはそれぞれ気候被害の増加に関連しています。

また、BTC は、「採掘された BTC ごとに、その市場価格が推定される気候被害を常に超えるべきである」という 2 番目の持続可能性基準も満たしていません。図2Bから、2020年の複数の時期において、コイン価格に占めるBTCの気候被害の割合は100%を超えていました（赤色で示された領域）。 BTCはこれらの間隔で「水没」していました。これは、採掘された各コインがコインの市場価格を超える気候被害を引き起こしたことを意味します。 2016 年から 2021 年にかけて、BTC は 6.4% の日で水没し、30.6% の日では損害額がコイン価格の 50% を超えました。

入手可能な証拠から値の範囲を仮定する重要なパラメーターの 1 つは SCC です。ベースライン推定値として、Pindyck38 に従って $100 t−1 を選択します。 SCC は、今日の追加の炭素排出トンによる金銭的損害の推定現在価値であり、炭素排出による負の社会的外部性を収益化します38。政策および規制の観点から見ると、SCC は、高エネルギー使用の製品またはサービスの社会的コスト (つまり、市場価格で考慮されないコスト) を評価するための重要なパラメーターです。カールトンとグリーンストーン 39 は、米国国内および国際的な気候政策の両方において、米国政府の公式 SCC 推定値が中心的な役割を果たしていると指摘しています。 SCC 推定には経済学において長い歴史があり 40、41、42、そのような値は広く使用されています 39。

ただし、SCC 推定値を使用する分析では、その値または範囲について仮定を行う必要がありますが、コンセンサスはありません 38。 SCC の推定と、外部性の価格設定のための最適な SCC のモデル化の両方に関する文献が増えています43。現在の米国政府の推定 SCC 価値は、2020 年のインフレ調整後のドル換算で 51 t-1 CO2e です44。ただし、バイデン大統領の大統領令 #13,990 (2021 年 1 月 20 日) は、この値の更新を指示しました45。

最近の SCC 推定研究の厳選されたレビューでも、広範囲の値が含まれています 38、40、43。さまざまな仮定とアプローチに応じて、最近の実証研究は、SCC ベースライン係数 $100 t−1 CO2e 付近から、両側で + /− $50 t−1 までの範囲の値を容易に裏付けることができます。したがって、この変動の一部を表すために、$100 t-1 ベースラインを増やすために 2 つの代替 SCC 値を使用します。 (i) $50 t-1 CO2e (2010 年の米国政府推定値の 2020 年値と本質的に同等)、および; (ii) $150 t−1 CO2e。

これらの代替SCC値を使用してBTCの気候被害を再推定します（補足表1）。 SCC の高い値と低い値は、推定気候被害を $100 t−1 CO2e のベースライン値に比例して調整し、推定被害の大きさに大きな影響を与えます。図 2A の結果から、150 t−1 CO2e の場合、マイニングされたコインあたりの BTC の気候被害は、2016 年から 2021 年にかけて平均 4,632 ドルでした。一方、50 t-1 CO2e の場合は 1,544 ドル、100 t-1 CO2e の場合は 3,088 ドルでした。 SCC が高い場合、2016 年から 2021 年の間に気候被害が水中にあった時間は 17% (2020 年には日の 69%) でしたが、SCC が低い場合、気候被害は水中にありませんでした。 SCC の値に関係なく、BTC マイニングによる気候被害は 2016 年から 2021 年にかけて大幅に増加し、上昇傾向が続いています。

CO2e 排出量の推定と気候被害は、仮想通貨マイニングで使用される再生可能電力源の割合の仮定に決定的に依存します。暗号通貨マイニングの分散化および匿名化の性質により、実際のエネルギー源を特定することは困難であり、主要なデータソースは存在しません30。これにより、文献ではさまざまな推定が行われています。これまでの研究では、捕虜の採掘プロセスで使用される再生可能エネルギー（太陽光、風力、水力など）の割合は、採掘の総電力使用量の 25.1%37 から 39%33、さらには最大 73%46 まで大幅に異なる可能性があることが示唆されています。推定値の差異の一部は、調査対象期間に起因します。中国はかつて世界的なビットコインマイニングの大規模な供給源であり、大量の再生可能水力発電を使用していた可能性が高い30が、2021年にすべての暗号通貨マイニングを禁止した32。これにより、ビットコインマイナーが使用する再生可能エネルギーの世界シェアが大幅に変化し、化石燃料の使用が増加したようだ37。。したがって、中国による禁止の前後で再生可能エネルギーのシェアの推定値は異なると予想され、おそらくかなり異なるだろう。鉱山労働者の位置を特定するために使用される方法、採掘リグの効率と冷却の必要性に関する仮定、電源に関する仮定など、他の違いも、以前の研究で見つかった推定範囲の違いを引き起こす可能性があります30,37。

広範囲が見つかったことを考慮して、より高い再生可能電力の代替シナリオを使用して分析を拡張します。このシナリオでは、暗号通貨のマイニングに使用される再生可能エネルギーの割合をベースラインの 38.5% (+ 原子力 5.2%) から、再生可能エネルギーが 50% 多いシナリオ (合計 57.8% + 原子力 5.2%) に増加します。このシナリオは、仮想通貨マイナーがベースラインよりも大幅に多くの再生可能エネルギーを使用し、電力の大部分 (63%) が直接カーボンフリー電源 (再生可能エネルギーと原子力を合わせたもの) からのものを使用するという仮想の状況を表しています。

ベースラインの再生可能エネルギーの割合と比較して、BTC マイニングにおける再生可能エネルギーの使用が増加すると、マイニングされたコインあたりの関連する気候被害が減少します (補足表 2)。再生可能エネルギーの割合が 50% 増加すると、BTC の気候被害は基準値の約 3 分の 2 になります。しかし、この再生可能エネルギーの高いシナリオであっても、鉱山労働者が化石燃料からの電力の37％しか使用していないにもかかわらず、気候による損害は依然としてコイン価格の平均23％（2016年から2021年）に相当します。したがって、たとえBTCマイナーが電力の大部分を再生可能エネルギーや炭素を直接含まない資源から得ていたとしても、依然として大規模かつ増大する気候被害が存在します。

コイン市場価格ごとの気候被害を示した図 2B を思い出してください。価格に対する BTC 被害の割合は 2020 年から 2021 年にかけて減少しました。これは、必ずしも POW マイニングプロセスが持続可能であることを意味するものではありません。これらの比率を文脈化するために、他の関連商品や経済製品と気候被害を比較します。(i) 電源別の発電量 (水力、風力、太陽光、原子力、天然ガス、石炭)、(ii) 加工および燃焼された原油ガソリンとして、(iii) 自動車の使用および製造 (スポーツ多目的車 (SUV) および中型セダン)、(iv) 農畜肉の生産 (鶏肉、豚肉、牛肉)、および; (v) 貴金属の採掘 (希土類酸化物 (REO)、銅、白金族金属 (PGM)、および金)。図 3 は、BTC の市場単位価格あたりの気候被害 (価格の%) を、他の 16 種類の商品のライフサイクル気候被害と比較して示しています。

コイン市場価格に占めるビットコイン (BTC) マイニングの気候被害 (2016 ～ 2021 年) と、他の商品の市場価格に占める気候被害 (単年) の全ライフサイクル分析との比較。損害額はパーセンテージ（市場価格の％）で表されます。 BTC の気候被害には、稼働中の採掘リグからのエネルギー使用と排出のみが含まれ、採掘リグの冷却と製造、またはその他の潜在的な炭素同等排出源に関連する気候被害は含まれません。これにより、示されている他の商品のライフサイクル全体の損害と比較して、推定 BTC 損害が下限となります。示されている他の商品および経済製品の気候被害は、査読済みの文献および米国政府機関からのライフサイクル推定値と、公開されている価格データを組み合わせて計算されています。すべての商品価格とライフサイクル気候被害データは補足データに含まれています。

BTC の気候被害は平均して市場価格の 35% (2016 ～ 2021 年)、58% (2020 ～ 2021 年) でした。これにより、BTCは、牛肉の生産、天然ガス発電、原油からのガソリンなど、他のエネルギー集約的または汚染のひどい商品のカテゴリーに分類され、鶏肉や豚肉の生産など、より持続可能な商品と考えられるものよりもはるかに有害な商品となります。そして太陽光や風力などの再生可能電力源。特に太陽光発電と風力発電の場合、市場価格に占めるライフサイクル全体の気候被害は、2016 年から 2021 年にかけて BTC よりも桁違いに低くなります。また、BTC の採掘は、金、銅、PGM、REO などの貴金属の採掘から発生するものよりも桁違いに単価当たりの気候ダメージを生み出します。BTC の採掘と比較すると、これらすべての市場価値は平均で 10% 未満です。 2016 年から 2021 年の平均は 35%。重要な価値の保存手段であり、株式、債券、米ドルの変動に対するヘッジであると一部の人が考えている金の具体的なケースでは、BTC の気候変動による被害は比較的異常値です。金の市場価格に占める気候変動の割合は平均 4% です。 BTC の 2016 年から 2021 年の平均気候被害は 8.75 倍となっています。

BTC市場価格に対する気候変動の割合が高いことを考慮して、「再生可能電力源の利用割合がどのくらいであれば、気候変動によるBTC生産の影響がより持続可能な商品と同等になるでしょうか?」と尋ねます。私たちの結果は、2016年から2021年の再生可能電力源の割合が38.5％から88.4％（原子力による追加5.2％）に増加（129％増加）した場合、BTCのコイン価格に占める割合としての気候被害は35％から低下することを示唆しています。 4.0%まで。太陽光発電や金による気候変動と同様の規模です。

マイニングで使用される再生可能電力の割合がこのように極端に増加しない限り、BTC の気候変動は、より持続可能な商品と比較して異常値のままとなるでしょう。したがって、BTCマイニングは現在、「マイニングされたコインあたりの推定気候被害は、他のセクターおよび商品の単位市場価値あたりの気候被害の基準パーセントベンチマークと有利に比較できるはずである」という3番目の持続可能性基準を満たしていません。石炭発電ほど気候に悪影響を与えるものではありませんが、BTC マイニングは、市場価格のシェアとして、ガソリン、天然ガスの生成、牛肉の生産と同様の損害をもたらします。一般的にはどれも持続可能とは考えられません48,49。

デジタル希少商品は今後も存続する可能性が高く、経済のさまざまな側面に革新をもたらし、人々に価値を生み出すでしょう。このより広範な文脈を、持続可能性と気候変動に関する特に重大な懸念がある可能性のあるこのデジタル経済の要素から分類することが重要です（US50 向けの仮想通貨に関するバイデン大統領の 2022 年 3 月大統領令を参照）。私たちは、非常にエネルギー集約型で競争力のある POW マイニングスキームを使用する、支配的な暗号通貨である BTC に焦点を当てています。社会や国家がデジタル的に希少なさまざまな商品の利益とコストを比較検討する一方で、私たちは BTC の持続可能性に関する懸念を評価するための経験的なアプローチを提供します。

2016 年から 2021 年にかけて、(i) BTC によるコイン当たりの気候被害が増加していることがわかりました。 (ii) 市場価格に占める BTC の気候被害は 1 日の 6.4% が水面下にあり、損害がコイン価格の 50% を超えた日は 30.6% でした。 (iii) 期間中の BTC の気候被害の平均シェアは 35% であり、これは牛肉生産量とガソリン消費量 (原油から加工されたもの) の間の範囲内ですが、石炭発電よりも低いです。 BTC の市場単価当たりの気候被害は、風力発電や太陽光発電よりもおよそ 1 桁高い。つまり、提供される可能性のある再生可能ベンチマークをはるかに上回って運用されています。総合すると、この結果は、持続可能なセクター（投資またはその他）として考慮すべき一連の危険信号を表しています。支持者は定期的にBTCを一種の「デジタルゴールド」を表すものとして提案していますが51,52、気候変動の観点から見ると、BTCは「デジタル原油」のように機能します。

当社が提供する基準については、重要な注意事項が多数あります。まず、2 番目の基準に関しては、「水中」ベンチマーク (市場価格に占めるコインあたりの気候変動の割合が 100% を超えないベンチマーク) の意味が疑問視される可能性があります。この超過は、BTC の調査期間の 6.4% で発生します。これは明確なアラームしきい値かもしれませんが、弱すぎるのではないでしょうか? なぜ 50% ではないのか、あるいは 25% 未満にとどまっているのでしょうか? これを検討するために、他の商品や分野と比較する 3 番目の基準に目を向けます。そうすることで、新興テクノロジーのシェアを 10% 未満に抑えることが望ましい持続可能性の基準となる可能性があります。この水準は、調査対象日の 96% が BTC によって超えられていました。

比較商品の場合、株価はすべてライフサイクル全体の損害推定値を表していますが、BTC についてはそうではないことを強調します。したがって、この初期調査ではBTC株は下落しており、採掘リグの冷却、リグ製造、電子廃棄物、建築建設などによる二酸化炭素排出量は無視されており、文献では非常に暫定的な影響推定値しか明らかにされていない35。 2 番目と 3 番目の基準に関するさらなる注意は、一部の仮想通貨の価格が重大な投機や操作 (「仮想通貨洗浄」と呼ばれる) によってつり上げられている可能性があるという証拠の蓄積に関連しています。 13. 当然、つり上がった価格は人為的に低下します。推定される気候被害と価格の比率。人為的な価格インフレが発生している限り、価格が操作されていない場合の損害率は、ここで示したものよりも高くなる可能性があります。最後に、私たちは気候被害に厳密に焦点を当ててきましたが、多くの技術評価には排出ガスによる健康被害も含まれています。したがって、いくつかの理由により、BTC の持続可能性評価は非常に保守的です。

この文書の焦点ではありませんが、プルーフ・オブ・ステーク (POS) として知られる、POW に代わる仮想通貨生成プロセスを使用して、仮想通貨マイニングのエネルギー使用量を削減することができます。 POS は、バリデーターがコインを保持してステーキングすることを要求することによって機能し、ブロックチェーン上の次のブロックライターがランダムに選択され、より大きなステークポジションを持つ者に高いオッズが割り当てられます53。 POS は、ランダム化と検証の共有に依存するため、大量の計算能力を必要とせず、そのため電力の一部を POW マイニングとして使用します。時価総額で 2 番目に大きい暗号通貨 26 であるイーサリアムは、2022 年中に POW から POS に切り替え、推定エネルギー使用量を 99.95% 削減する予定です 54。世界的に支配的な暗号通貨であるビットコインも POW から POS に切り替えることができれば、そのエネルギー使用、ひいてはこの研究で推定されている気候被害はおそらく無視できるものになるでしょう。しかし、現時点では BTC が POS に切り替わる可能性は低いと思われます55。

デジタル的に希少な商品と、それらが提供するイノベーションを支持する人は後を絶ちません。 Nature Climate Changeのページでも、Howson20は「一部の暗号通貨の非効率性に過度に固執し続けると、ブロックチェーンの赤ちゃんをビットコインのお湯と一緒に捨てることを助長する可能性が高い」と主張している。しかし、経路依存性と新興産業による技術的囲い込みの危険性56,57は、市場シェアを独占しているPOWベースの暗号通貨が確かに特別な注目に値するという議論を裏付けている。私たちの反事実は、BTCを持続可能にするためには極端な変更が必要であることを示しています（たとえば、再生可能エネルギーの組み合わせで）。 POWベースの暗号通貨は持続不可能な方向に進んでいます。業界がその生産経路をPOWから移行するか、POSに移行しない場合、このクラスのデジタル的に希少な商品は規制される必要があり、遅れは世界的な気候被害の増加につながる可能性があります。

ビットコインマイニングによる気候被害の推定は、この分野の既存の文献に記載されている方法に従います5,29。重要な主な推定値は、BTC ブロックチェーンの毎日のネットワークハッシュレートから導出される、マイニングされた BTC コインあたりの電力消費量 (コインあたり KWh) です58。これは、ネットワーク上の計算数を 1 秒あたりのギガハッシュ (GH/s) で表します。 BTC マイニングリグの平均効率の推定値 (GH あたりのジュール (J) 単位) を使用して、式 1 でネットワークの総電力消費量 (kWh/日) を計算しました。 (1)、J/s をキロワット (kW) に変換し、1 日あたり 24 時間を乗算すると、次のようになります。

1 日に採掘される BTC コインの合計を式で計算しました。 (2) ブロックがブロックチェーンに追加される 1 日あたりの平均時間 (分単位) と、ブロックあたりのマイナー報酬 (BTC コイン単位) を使用します。

ネットワークの電力消費量をコインの数で割ると、式 1 のコインあたりの電力が得られます。 (3):

コインあたりの電力に、BTC ネットワーク内の電力の温室効果ガス排出係数 (EF) の世界平均推定値 (kg CO2e/kWh 単位) を乗算すると、式 1 でコインあたりの排出量の推定値が得られます。 (4)。使用される排出係数は補足データに記載されています。

コイン当たりの気候被害は、式 1 のコイン当たりの排出量と SCC ($/t CO2e 単位) の積として計算されます。 (5):

コイン価格のシェアとしてのダメージは、コインあたりのダメージを計算し、BTC60 の毎日の市場価格で割ります。コイン当たりの年間または複数年にわたる損害額、またはコイン価格の一株当たりの損害額のすべての推定値は、毎日のコイン生成による日数にわたる加重平均（つまり、毎日生成されるコインの数で加重）をとります。

マイニングリグは、調査期間中、エネルギー単位あたりのハッシュ計算の効率を向上させました。 BTC については、2016 年から 2018 年の販売データ in30 から年間平均リグ効率を計算し、人気のある ANTminer s15 の効率を 2021 年のリグ効率に使用しました。このデータ間の非線形関係 (式 6) を次のように当てはめました。調査期間中の任意の日の、ハッシュごとのリグのエネルギー使用量は減少しているものの、横ばい状態にあることを計算します。

ここで、 days は 1900 年 1 月 1 日からの日数です。

マイナーの BTC ネットワークの発電による温室効果ガスの排出は、37 から発生します。私たちは、2019 年 9 月から 2021 年 8 月までの世界の排出係数 (kg CO2e/kWh) の月次推定値を平均し、この平均を調査期間全体に適用しました。 in37 の排出係数は、採掘プールの場所、国および準国 (中国と米国) の電力構成、および発電源固有の排出係数に基づいています。感度分析として、他の 2 つのソースからの排出係数を使用しました。(i) from30、および (ii) 米国のさまざまな政府機関からの電源および発電構成の推定値を使用した、年ごとの米国の平均電力構成61、62。これらの分析の結果は補足表 3 に示されており、ベースラインの結果と定性的に類似しています。

16 の比較商品による気候被害が計算されます。電源別の発電量 (水力、風力、太陽光、原子力発電、天然ガス、石炭)。原油はガソリンとして加工され、燃焼されます。自動車の使用および製造（スポーツ用多目的車（SUV）および中型セダン）。農業食肉生産（鶏肉、豚肉、牛肉）、および; 貴金属の採掘（希土類酸化物（REO）、銅、白金族金属（PGM）、金）。各商品について、生産単位当たりのライフサイクル全体の CO2e 排出量の推定値を使用し、これに SCC を乗じて単位当たりの気候被害を算出します。単位当たりの気候損害を市場価格で割って、商品価値の割合として損害額を算出します。すべての商品価格と生産単位あたりの CO2e 排出量データは補足データに提供されます。

電力部門については、NREL61 に基づく米国向けの発電量 1 kWh あたりの平均ライフサイクル CO2e 排出量 (電源タイプ別) と、米国 EIA62 に基づく各年の電源タイプ別の発電構成を使用しました。電力の市場価格については、米国 EIA63 の家庭、商業、産業、運輸部門にわたる 2016 年から 2021 年の平均小売価格を使用します。

農畜肉部門については、FAO から 1 頭当たりのライフサイクル CO2e 排出量の推定値を入手しました64,65。北米用（豚肉）、北米用（ブロイラー）、北米用（牛肉）。私たちは、大学の州の普及サービスからのデータを使用して、肉 1 kg あたりの排出量 (豚肉: 65%、牛肉: 65%、鶏肉: 100%) を得るために枝肉あたりの肉の平均量を調整しました 66,67。鶏肉の価格は枝肉あたり（肉のkgあたりではない）であるため、枝肉が100％使用されます。価格データは、豚肉、牛肉、鶏肉についてUSDA経済調査局から入手した2016年から2020年の平均です68。

原油からのガソリンについては、文献 69 からの Well-to-Wheel ライフサイクル排出量の推定値と、米国 EIA からの 2016 年から 2021 年のガソリンの平均小売価格 70 を使用します。

車両については、15 年間の耐用年数にわたって、スポーツ用多目的車 (SUV) の 2019 年フォードエクスプローラーと中型車の 2019 年トヨタカムリに基づいて、年間 14,263 マイルを想定した総所有コストと車両運用時の排出ガスの推定値を使用します71。 -サイズのセダン。査読済みの文献72のデータを使用して、製造および材料の生産および抽出からの車両排出量を追加します。

貴金属の場合、希土類酸化物 (REO)、銅、白金族金属 (PGM)、および金の年間価格 (トロイオンスあたり米ドル、ポンドあたり米ドル、または kg あたり米ドル) は、2021 USGS Mineral から入手しました。 2016 ～ 2020 年の商品概要 73。ライフサイクル全体の単位質量当たりの CO2e 排出量は、金については 74、PGM については国際白金族金属協会から 75、銅については 76、REO については 77 から得られます。

この論文で使用されているすべてのデータは、記事および補足情報ファイルに含まれているか、記載されているようにオンラインで公開されています。

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概念化: BAJ、ALG、RPB。方法論: BAJ、ALG、RPB。調査：BAJ、ALG、RPB。視覚化: ALG; 原案執筆：BAJ、RPB。執筆、レビュー、編集：BAJ、ALG、RPB

ベンジャミン・A・ジョーンズへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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ジョーンズ学士、アラバマ州グッドカインド、RP ベレンズビットコインマイニングによる気候変動の経済的推定は、デジタルゴールドよりもデジタル原油に近いことを示しています。 Sci Rep 12、14512 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-18686-8

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公開日: 2022 年 9 月 29 日

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