本文估計了到2040年比特幣能源使用的發展情況。能源消耗會變得高到比特幣無法擴張，還是低到無法保證系統的穩定？或者介於兩者之間？讓我們來一探究竟。
比特幣能源爭論的焦點幾乎完全集中在比特幣目前的能耗上，而沒有考慮到其未來發展。在本文中，筆者根據幾種價格情景來估計比特幣未來的能耗，並概述了交易費用和電價等因素的變化如何影響該估計。
是什么決定了比特幣未來的能源消耗？
在深入研究之前，我們應該了解是什么決定了比特幣的未來能耗。最重要的變量是比特幣價格，交易費用，礦工花在電費上的收入百分比以及礦工的平均電價
比特幣價格
比特幣價格是比特幣未來能耗的最關鍵決定因素。要理解爲什么我們必須看看比特幣採礦業的競爭動態。
比特幣價格乘以區塊獎勵決定了全行業比特幣礦工的收入，這涵蓋了他們的成本和利潤。比特幣價格的上漲使整個行業的礦工收入增長，在短期內提高了礦工的利潤率。比特幣挖礦是一個競爭激烈的行業，進入門檻低，這些豐厚的利潤回報自然會吸引更多的礦工參加盛宴，導致能耗的增加。
交易費用
目前，大多數礦工幾乎無視交易費用，因爲它們只佔礦工總收入的一小部分。因此，您可能會驚訝地發現，比特幣的交易費用水平對其未來的能耗至關重要。
比特幣礦工每年產生52 560個區塊，第一個找到區塊的礦工將獲得以比特幣計價的區塊獎勵。區塊獎勵由兩部分組成：區塊補貼和交易費用。區塊補貼是新鑄造的比特幣，而交易費用是區塊中包含的交易發送者作爲小費支付給礦工的比特幣。
從歷史上看，每個區塊的平均交易費用爲0.4比特幣，這只是當前區塊獎勵的一小部分。交易費用可能看起來是區塊獎勵中不起眼的一部分，但隨着比特幣減半，交易費用將變得越來越重要。比特幣減半每四年發生一次，區塊補貼隨之減半。在本文後面的一節中解釋了減半對比特幣能源消耗的影響。
假設每個區塊的交易費用在2040年前都將保持在0.4比特幣。由於交易費用不變，但區塊補貼每四年減半，交易費用在區塊獎勵所佔份額將逐漸增大。根據估計，區塊獎勵的交易費用份額將在2040年增長到67%，即每區塊的區塊補貼爲0.195比特幣而交易費用爲0.4比特幣。
雖然比特幣價格是比特幣未來能源消耗中最關鍵的決定因素，但交易費用緊隨其後，其重要性將在未來進一步凸顯。
礦工收入中用於電力的百分比
比特幣礦工將把一定比例的收入花在能源上，這個比例越高，該行業的能耗就越高。爲了估計這一比例2040年如何發展，我們必須再次研究該行業的競爭性質。
在任何行業中，費用可以分爲兩個主要部分：CAPEX（資本支出）和 OPEX（運營費用）。對於比特幣礦工來說，CAPEX 由機器和電氣基礎設施組成，而 OPEX 主要由能源組成。目前，基於88 TWh 的能源消耗和每兆瓦時50美元的平均能源價格，比特幣礦工將大約50%的收入花費在能源上。
隨着行業的成熟，比特幣礦工花在能源上的收入份額將在目前的基礎上進一步增長，挖礦很可能成爲有史以來最具競爭力的行業。這是一個難以監管的全球性行業，且進入壁壘低。從長遠來看，激烈的競爭可能會抹去利潤率，除非礦工能夠獲得異常便宜的電力。
此外，由於 ASIC 的改進放緩，資本支出佔比將逐漸降低。爲了解釋這些趨勢，我假設礦工收入用於電力的百分比每年增長2%，這意味着到2040年將達到71%。
比特幣挖礦業的平均能源價格
如前所述，比特幣礦工將共同獲得特定的年收入，這取決於比特幣價格和區塊獎勵。他們將把一定比例的收入花在能源上，這取決於行業競爭動態的展开。要了解這種能源成本轉化爲多少能源，我們必須估計該行業的平均能源價格。
我估計比特幣採礦業的平均電價爲每兆瓦時50美元，並相信在可預見的未來，它將保持在這個水平。我們已經看到全球高通脹，這種情況可能會持續下去。盡管如此，隨着時間的推移，比特幣挖礦的極端競爭性質激勵着礦工尋找更便宜的能源。
比特幣挖礦是一個與位置無關的行業，這意味着您幾乎可以在任何地方建立挖礦業務。到2040年，我相信大多數比特幣礦工將利用比電網電力便宜得多的能源。一些礦工可能仍然通過電網連接，但他們將通過提供需求響應服務或出售機器的熱量輸出來降低能源成本。
礦工通過爲能源行業提供正外部性來實現較低的能源成本，這將抵消通貨膨脹的影響。因此，我相信採礦業的平均能源價格將保持在每兆瓦時50美元。
比特幣可能成爲重要的能耗源，但這取決於價格
如果你讀過關於比特幣挖礦的新聞頭條，你可能會認爲在全球比特幣消耗了巨量的能源。但比特幣挖礦每年僅消耗88 TWh，佔全球173 340 TWh 能耗的0.05%。更宏觀來看，比特幣挖礦目前的能耗比起消耗總量來說微不足道。
比特幣挖礦目前的能耗量是有限的，但從歷史上看，能耗量會隨着比特幣價格的增長而迅速增加。如果比特幣價格在未來幾十年內繼續飆升，比特幣挖礦可能會成長爲全球重要的能耗源。
比特幣價格是決定比特幣未來能源消耗的最關鍵因素。因此，我對三種情景進行了模擬：1. 看漲，比特幣價格在2040年线性增長至200萬美元。2. 中性，比特幣價格在2040年线性增長至50萬美元。3. 看跌，比特幣價格在2040年线性增長至10萬美元。
如圖，比特幣未來的能源消耗會因其未來價格而有很大差異。
如果比特幣價格到2040年達到200萬美元，比特幣每年可能消耗894 TWh，比今天的水平高出10倍。估計到2040年特幣能源消耗在全球能耗總量中佔比0.36%，相較於目前0.05%的份額大幅增加。
而更中性的情況，即比特幣價格到2040年達到50萬美元。此時，比特幣每年將消耗223 TWh，略高於當前水平的兩倍。能耗的輕微增加令人驚訝，因爲比特幣價格爲50萬美元意味着比特幣價格上漲20倍。在這裏，我們看到了減半的影響，後文將會解釋。
看跌情景中，比特幣價格將在2040年達到10萬美元。雖然這意味着比今天的價格水平高出4倍，但比特幣的年能耗將減半，僅達到45 TWh 或佔全球能源消耗的0.02%。就像在中性情況中一樣，這就是減半的魔力。
情景分析：比特幣價格與交易費用
上一節中的三種方案僅在價格上有所不同。如前所述，交易費用水平也對比特幣未來的能源消耗產生了巨大影響。因此，我用一個情景分析來看看2040年比特幣的能源消耗會由於比特幣價格和交易費用的影響而產生多大差異。
表1
在表1中，以2040年200萬美元的比特幣價格計算，交易費用對比特幣的能源消耗產生了巨大影響。對於每個區塊每增加0.1個比特幣的交易費用，比特幣的能源消耗增加150 TWh，幾乎是當前88 TWh 能耗的兩倍。
該表中另一個有趣的結論是，由於每塊的歷史平均交易費用爲0.4比特幣，比特幣價格必須在2040年超過20萬美元，其能耗才能保持在當前水平。在這裏，我們再次看到減半的實際作用。
表2
表2與表1相同，但不是以 TWh 爲單位顯示能耗，而是以其佔全球能耗的百分比展示。在這裏，我假設到2040年全球能源消耗的年增長率爲2%。
如果到2040年比特幣價格達到200萬美元，交易費用保持在歷史平均水平，比特幣在全球能源消耗中的份額將達到0.36%。這比今天僅0.05%的佔比大幅增加，但仍遠低於某些比特幣評論家的末日估計。在這樣的能耗下，比特幣挖礦將是一個重要的能源密集型產業，但仍然遠遠低於水泥生產等行業，後者消耗了全球2%的能源。
資料來源：井噴率指數，國際能源署
減半限制了比特幣的能耗增長
預估的2022年至2040年間比特幣能耗情況如下圖所示。由於區塊補貼每產生210 000個區塊時減半一次或每四年減半一次，所有價格情景的能耗每四年大幅減少一次。
因爲區塊補貼每四年減半，比特幣挖礦將逐漸消耗更少的能量。隨着時間的推移，區塊補貼減半對比特幣挖礦能耗的影響將越來越小。
假設每區塊的交易費用爲0比特幣，只有當比特幣價格以快於區塊補貼下降的速度增長時，比特幣的能耗才會增加。區塊補貼每四年減半，比特幣價格必須每四年翻一番才能抵消這種影響。在這種情況下，比特幣價格必須在2040年達到65萬美元左右，其能耗才能高於當前水平。
盡管如此，交易費用仍將高於每個區塊0比特幣。比特幣每區塊的歷史平均交易費用爲0.4比特幣。假設交易費用保持在這一水平，比特幣價格不需要每四年翻一番來抵消區塊補貼減半的影響。在這種情況下，2040年比特幣價格高於 20 萬美元將增加比特幣的能耗。
結論
比特幣未來的能耗非常不確定，取決於幾個因素。不過可以肯定的是：只有當比特幣的價格達到幾百萬美元時，比特幣才會成爲重要的全球能耗源。
雖然比特幣價格的增長刺激了更多的採礦活動和更高的能耗，但減半會產生相反的效果。由於減半，比特幣價格必須繼續以驚人的速度上漲，比特幣的能耗才會長期增加。減半的緩解效果可以被未來交易費用的增加所抵消。只有當對使用比特幣作爲支付系統有大量需求時，這種增長才會發生。
這帶來了一個重要結論。只有當人們將比特幣視爲價值儲存和支付系統時，比特幣未來的能耗才會增長。請記住，只有比特幣價格增長到幾百萬美元並且交易費用相當高時，比特幣才會在2040年消耗大量能源。比特幣價格取決於市場對比特幣作爲價值儲存手段的需求，而交易費用是由比特幣作爲交換媒介的使用所驅動的。
這是貨幣的兩個最重要的功能，所以可以說，如果比特幣作爲貨幣成功，比特幣的能耗才會達到一個重要的水平。即使在2040年200萬美元的高度看漲價格情景中，比特幣能耗也只會佔到全球能耗的0.36%。花費0.36%的能源來保證價值並促進全球數十億人的交易是值得的，這還不包括考慮到比特幣礦工的能源需求激勵了更多的能源生產。
對於那些希望看到比特幣能耗下降的人來說，我有個好消息：你可以在扶手椅上放松一下，因爲如果比特幣作爲一個貨幣體系失敗，你的愿望就會實現。你相信比特幣會失敗，不是嗎？
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標題：Arcane研究：比特幣未來將消耗多少能源？
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