[조인디 Week&]비트코인 채굴, 탄소배출 문제는 어쩌나

[셔터스톡]

비트코인(BTC)은 현재 1개당 58,000달러를 상회하는 가격에 거래되고 있다. 이론적으로 비트코인은 2100만 개만 채굴할 수 있고 그 수도 매우 제한적이다. 이로 인해 점점 더 많은 개인과 기관이 이 '디지털 금'을 채굴하기 위해 엄청난 에너지를 소비하고 있다.

비트코인 채굴 과정은 금광 채굴과 비슷하다. 비트코인 채굴자와 채굴장은 암호화폐 채굴기(실제로는 무수한 컴퓨터)를 사용해 1년 내내 지속적으로 채굴을 진행하고 비트코인을 획득한다. 그러나 비트코인 채굴기의 전력 소비는 매우 놀랍다. 케임브리지 대학 연구원들이 발표한 비트코인 전력 소비 지수에 따르면, 비트코인을 하나의 국가로 간주한다면 전력 소비량이 전세계 30위 안에 들어갈 정도인데, 현재 채굴 활동으로 인한 연간 전력 소비량은 약 121.36 테라와트시(TWh, 1테라 와트시는 10억 KWh의 전기에 해당)로 가늠이 안될 정도다. 비트코인 가격이 급격히 떨어지지 않는 한 전력 소비는 계속 증가할 것으로 보인다.

비트코인 블록체인의 운영과 채굴로 인한 탄소배출 문제와 관련해 중국과학원과 칭화대학교 지구시스템과학과의 전문가 팀과 협력파트너들은 최근 모델링 분석을 진행하고 4월 6일 관련 논문을 국제적인 과학 저널인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재했다. 다음은 CC벨류가 4월 7일 보도한 내용 요약.

논문 제목은 <비트코인 채굴 비용은 얼마인가? 중국과학원과 칭화대학교 등의 학자 : 2024년까지 약 3000억 kwh의 전기 소비, 1.3억 톤의 탄소배출 예상>이다. ▷ 원문 보기

# 2024년 비트코인 채굴로 중국에서만 1.35억톤의 탄소배출

연구 결과, 정책 당국의 개입이 없다면 중국에서만 비트코인 블록체인의 연간 에너지 소비는 2024년 정점에 도달해 약 296.59 테라와트시(TWh)의 전력량을 기록할 것이고 이에 따라 1.35억 톤의 탄소배출량을 발생할 것으로 예측됐다. 이는 중국내 182개 도시 와 42개 산업 부문 가운데 상위 10위 안에 들어가는 수준이다. 연구자들은 비트코인 채굴로 인한 탄소배출 수준 제어 정책과 조치에 대해서도 연구를 진행했다.

# 비트코인 채굴=부를 축적하는 과정... 탄소배출은 어쩌나

최근 몇 년간 시스템 역학(SD) 기반 모델은 특정 분야 또는 산업의 탄소배출량을 추정하는 데 널리 사용되고 있다. 이를 기반으로 연구자들은 다양한 시나리오에서 중국내 비트코인 네트워크의 탄소배출 수준을 측정하는 '비트코인 블록체인 탄소배출 모델(BBCE)'을 개발했다.

연구자들은 비트코인 블록체인 탄소배출 메커니즘을 연구하기 위한 이론적 프레임 워크로 비트코인 블록체인 탄소배출 시스템의 시스템 경계와 피드백 루프를 설정했다. 일반적으로 BBCE 모델은 비트코인 블록체인 채굴, 트랜젝션 하위 시스템, 에너지 소비 하위 시스템과 탄소배출 하우 시스템 등 세 가지 하위 시스템으로 구성된다.

비트코인 블록체인 보상은 4년마다 반으로 줄어 든다. 즉, 2140년이 되면 비트코인 블록체인에서 새로운 블록을 채굴하는 데 따른 보상이 '0'이 된다. 따라서 비트코인 블록체인의 반감기 메커니즘으로 인해 비트코인의 시장 가격은 주기적으로 상승할 것이다. 반면 어느 시기가 되면 탄소 비용과 에너지 비용을 더한 비트코인 채굴 총 비용이 채굴자의 마진을 역전하는 시기가 도래한다. 채굴 이익이 마이너스가 되면 채굴자들은 채굴을 중단하거나 다른 지역으로 이동할 것이다. 중국에서 비트코인 채굴로 인한 탄소배출량은 182개 도시와 42개 주요 산업 부문 중 10위 안에 든다. 중국의 전체 발전 배출량에서 차지하는 탄소배출량도 5.41%나 차지한다.

작업증명(PoW) 합의 알고리즘을 통해 비트코인 블록체인이 비교적 안정적인 방식으로 작동할 수는 있지만 부를 축적할 수 있는 채굴 보상 체계로 인해 전문 채굴업체들의 경쟁이 가열되고 있다. 그러나 비트코인 채굴 활동과 채굴기의 증가로 막대한 에너지 소비가 발생했다. 연간 에너지 소비 수준은 덴마크, 아일랜드, 방글라데시와 같은 중소 규모 국가의 수준이다. 2016년 1월 1일부터 2018년 6월 30일 사이 비트코인 블록체인으로 인한 탄소배출량이 1,300만 톤에 달한 것으로 추정된다.

특히 중국에서는 전문 채굴기 제조업체와 저렴한 전력 공급으로 인해 비트코인 채굴의 상당 부분이 중국에서 이뤄지고 있고 중국 채굴풀의 컴퓨팅 파워는 전체 비트코인 네트워크의 75% 이상을 차지한 적도 있다. 그러나 세계 최대 에너지 소비국 중 하나인 중국도 파리기후협약의 주요 서명국이다. 따라서 이번 논문은 적절한 당국의 개입과 실행 가능한 정책이 없다면 비트코인 채굴 활동이 중국에 새로운 압력으로 작용하는 원천이 될 수 있고 중국의 탄소배출 감소 노력을 방해하는 요인도 될 것이라고 지적하고 있다.

# 2024년 에너지 소비, 최고치인 연간 296.59TWh 달할 전망

연구자들은 비트코인 채굴 산업의 여러 단계에서 구현된 세 가지 주요 비트코인 정책을 고려한 다음, 비트코인의 탄소 배출량에 대한 4가지 시나리오 평가를 진행했다.

결론은, 정책 개입이 없다면 비트코인 블록체인의 탄소배출 모델은 중국의 지속가능한 개발 노력에서 무시할 수 없는 장애물이 될 것이라는 것이다. 중국내 비트코인 블록체인의 연간 에너지 소비량과 탄소배출량은 이탈리아, 네덜란드, 스페인, 체코 등 일부 국가의 최고치를 초과할 것으로 예상된다.

40%의 채굴자가 화력발전 지역에 있다고 가정한 시나리오에서, 중국에서는 비트코인 블록체인의 연간 에너지 소비가 점차 증가해 2024년 최고치인 연간 296.59TWh에 이를 것으로 예측됐다. 이는 비트코인 산업의 운영이 계속해서 거대한 에너지를 소비할 것임을 나타낸다.

BBCE 모델의 시나리오 결과를 바탕으로 한 벤치마크 시나리오는 비트코인 채굴이 중국에서 수익성을 유지하는 한 비트코인 산업 운영으로 발생하는 에너지 소비와 탄소 배출량이 계속 증가할 것임을 보여준다. 이는 주로 작업증명 경쟁 메커니즘 때문이며, 비트코인 채굴자들은 블록 보상을 높이기 위해 더욱 고품질의 채굴기를 보유할 가능성도 있다. 이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 정책 입안자들이 중국에서 탄소배출을 더 잘 관리하고 통제하기 위해 비트코인 산업에 대한 별도의 규제를 신설할 것을 제안했다.

# 비트코인은 탄소집약적인 산업

시나리오 분석을 통해 연구자들은 채굴 활동의 에너지 소비 구조를 변화시키는 정책이 직접적인 벌금이나 세금을 부과하는 것보다 더 효과적일 수 있다고 봤다. 전반적으로 비트코인 산업의 1인당 GDP 탄소배출량은 중국의 평균 산업 탄소집약도를 훨씬 초과해 비트코인 블록체인 운영이 탄소집약적인 산업임을 보여줬다.

시나리오에 따르면 비트코인 채굴자의 마진은 2024년 4월에 0으로 떨어질 것으로 예상되며, 이는 비트코인 채굴자들이 점차 중국에서 채굴을 중단하고 사업을 다른 곳으로 옮길 것임을 의미한다. 그러나 전체 재배치 과정이 즉시 발생하는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다. 매몰 비용이 높은 채굴자는 매몰 비용이 낮은 채굴자보다 더 오래 운영을 할 것이다. 따라서 2030년 말까지 비트코인 채굴과 관련된 전체 에너지 소비는 여전히 긍정적이며 거의 모든 채굴자가 그때까지 다른 곳으로 서서히 이동할 것이다.

탄소세 정책은 일반적으로 가장 효과적이고 널리 시행되는 탄소배출 감축 정책으로 인식되고 있다. 그러나 시뮬레이션 결과, 비트코인 산업에 대한 탄소세의 효과는 제한적일 것으로 예측됐다.

# 블록체인 기술은 무죄

일반적으로 비트코인 채굴 허가 제한, 채굴자의 에너지 소비 구조 변경, 탄소배출세 시행과 같은 다양한 정책 개입이 있더라도 비트코인 블록체인의 탄소배출 강도는 여전히 중국 산업의 평균 배출 강도를 훨씬 초과한다. 이런 결과는 블록체인 기술의 전형적인 사례인 비트코인이 앞으로 가볍게만 볼 수 없는 탄소집약적 산업임을 보여준다.

그러나 비트코인으로 대표되는 블록체인 기술, 탈중앙화 특성과 신뢰 메커니즘으로서의 합의 알고리즘 모델은 여전히 ​​다양한 산업 발전과 원격 거래에 유익하고 혁신적인 새로운 솔루션을 제공한다. 최근 몇 년 동안 블록체인 기술은 핀테크, 스마트 계약, 국제 상거래와 무역, 제조업체 운영과 같은 프로세스를 최적화하려는 목적으로 전통 산업에서도 많은 도입과 채택이 이뤄졌다.

각국 중앙은행은 블록체인 기술을 기반으로 중앙은행 디지털 화폐(CBDC), 즉 디지털 화폐 전자 지불(DCEP)을 계획하고 설계하고 있으며, 이는 현재 유통중인 지폐 기반 현금(M0)을 점진적으로 대체할 것으로 예상된다. 블록체인 기술이 널리 사용되고 적용됨에 따라 새로운 프로토콜은 환경 친화적인 방식으로 설계되고 조절되어야 한다. 이러한 변화는 네트워크의 지속 가능성을 보장하기 위한 필수 조건이다. 파괴적이고 유망한 기술이 글로벌 탄소배출 감소 노력을 방해하는 탄소집약적 기술이 되기를 바라는 사람은 아무도 없을 것이다. 이를 어떻게 절충할지에 대한 탐색과 연구는 그래서 가치가 있다.

한편 기존 산업과 달리 비트코인 블록체인 운영과 같은 산업의 탄소배출량은 현재 GDP와 탄소배출량 계산에 포함되어 있지 않다.

joind@joongang.co.kr