美国比特币挖矿热潮的环境负担：量化 PM2.5污染，探寻社区影响与政策方向

《Nature Communications》：The environmental burden of the United States’ bitcoin mining boom

在应对比特币挖矿带来的环境挑战中，研究人员开展 “美国比特币挖矿热潮的环境负担” 研究。他们定位 34 座大型矿场，明确相关发电厂，量化 PM2.5污染。结果发现多地受影响，部分地区污染严重。这为政策制定提供依据，助力环境健康保护。

　　在加密货币的世界里，比特币挖矿就像一个神秘的 “电老虎”。近年来，随着比特币的火爆，其挖矿活动在全球迅速蔓延。中国曾是比特币挖矿的 “巨头”，但在 2021 年出于对能源消耗等因素的考虑，实施了禁令。许多挖矿企业于是纷纷转向美国，使得美国一跃成为全球最大的比特币挖矿中心。这看似是一场加密货币的 “迁徙”，实则给美国的环境健康和空气质量管理带来了巨大的挑战。

比特币挖矿需要庞大的计算集群，这使得其耗电量惊人。而大部分电力来自化石燃料发电厂，由此产生的细颗粒物（PM_2.5）空气污染，对环境和人体健康的影响不容小觑。然而，此前并没有研究全面地量化美国比特币挖矿导致的 PM_2.5污染，也未确定具体的矿场、发电厂以及受影响最严重的社区。为了解开这些谜团，来自哈佛大学 T.H. Chan 公共卫生学院、比萨大学等多个机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员为了深入探究美国比特币挖矿热潮带来的环境负担，主要采用了以下几种关键技术方法：

• 数据收集整合：从《纽约时报》获取比特币矿场数据，包括位置、功率容量等信息；从 WattTime、美国环境保护署（EPA）和美国能源信息署（EIA）收集发电厂数据，涵盖发电厂位置、排放数据等。
• 建立模型评估：运用 WattTime 模型确定发电厂对挖矿用电需求的响应；借助 InMAP 模型追踪 PM_2.5排放的扩散情况，评估环境影响。

下面让我们详细看看研究的具体结果：

• 比特币矿场特征：研究选取 2022 年 8 月至 2023 年 7 月期间美国 34 个大型比特币矿场进行分析，这些矿场总容量达 3910 兆瓦（MW），在研究期间消耗了 32.3 太瓦时（TWh）的电力，电量相当于三到六百万户家庭的年用电量。Core Scientific 公司运营的矿场最多，矿场分布在 15 个州，其中得克萨斯州数量最多。
• 比特币矿场关联发电厂：研究发现，635 个发电厂为满足比特币矿场的电力需求而增加发电，其中化石燃料发电厂贡献了 85% 的增量电力。而且，矿场和响应的发电厂之间往往相隔甚远，如北达科他州的矿场用电会使堪萨斯州的发电厂增加发电。
• 比特币矿场导致的发电厂排放：研究量化了各发电厂因比特币挖矿产生的 PM_2.5和 CO₂排放。不同矿场的电力消耗、PM_2.5排放和 CO₂排放之间的相关性并不紧密，这是由于响应各矿场电力需求的发电厂组合不同，且各发电厂每太瓦时的污染物排放量也存在差异。
• 比特币矿场相关 PM_2.5空气污染的环境影响：通过 InMAP 模型评估发现，2022 年 8 月至 2023 年 7 月期间，美国 27 个州的 46,211,621 人暴露在可测量的比特币矿场相关 PM_2.5污染中；5 个州的 1,904,959 人暴露在平均浓度至少为 0.10 μg/m³的污染中，主要集中在纽约市、休斯敦 / 奥斯汀大都市区、得克萨斯州东北部以及伊利诺伊州 / 肯塔基州边境这 4 个 “热点地区” 。在这些热点地区，虽然许多居民生活在化石燃料发电厂附近，但造成额外 PM_2.5污染的比特币矿场却常常远在数百英里之外。此外，研究人员在热点地区未发现系统性的 PM_2.5暴露不平等现象。
• 敏感性分析：研究人员进行了多项敏感性分析，结果表明基于 WattTime 模型的主要结果稳健且保守。不过，研究也存在一定局限性，InMAP 模型在预测农村地区污染物浓度时可能不太精确，且对美国部分地区发电厂的浓度预测可能存在偏差。

综合来看，这项研究全面评估了美国比特币挖矿热潮带来的环境负担，量化了其导致的 PM_2.5污染，确定了受影响的社区。研究结果显示比特币挖矿对环境健康产生了负面影响，这为政策制定者敲响了警钟。美国比特币挖矿行业缺乏有效监管，不仅阻碍了淘汰化石燃料发电厂、减少空气污染物排放的政策实施，还使得跨州空气污染问题难以解决。因此，研究人员呼吁制定联邦法规，如美国 EPA 可颁布关于 PM_2.5污染的 “睦邻规则” ，或鼓励合理选址比特币矿场，以减少其对环境和健康的危害。此外，未来研究可进一步扩大数据集，纳入更多矿场并更新其功率容量，全面评估比特币矿场对健康和环境的影响，为应对这一新兴挑战提供更有力的依据。