에너지 소비자로서 비트코인 채굴자에게 구원의 길이 있을까?

디지털 화폐의 역동적인 영역에서 비트코인은 탈중앙화되고 암호화된 특성으로 인해 금융 지형을 혁신했을 뿐만 아니라 그 환경적 발자국에 관한 열띤 논의를 촉발시켰습니다. 이 가이드는 비트코인 채굴자와 증가하는 에너지 소비 사이의 복잡한 관계를 깊이 있게 파고들어, 전 세계 에너지 매트릭스에 미치는 다각적인 영향을 풀어냅니다.

거래 검증 및 신규 코인 생성을 위한 핵심 과정인 비트코인 채굴은 네트워크를 보안하고 블록체인을 유지하기 위해 복잡한 수학 문제를 해결하는 강력한 컴퓨팅 장비를 필요로 합니다. 비트코인 네트워크의 무결성과 보안을 유지하는 데 필수적인 이 컴퓨팅 능력은 막대한 비용, 즉 전기 에너지에 대한 굶주린 욕구를 동반합니다.

비트코인 네트워크가 현재 전체 국가들보다 더 많은 에너지를 소비하고 있기 때문에, 거대한 에너지 소비자로서의 채굴자들의 역할이 환경론자, 정책 입안자, 산업 이해관계자들 사이에서 논쟁을 불러일으키며 주목받고 있습니다. 이어지는 담론은 비트코인 채굴의 에너지 집약적 운영이 경제, 환경, 규제에 미치는 영향을 탐구하는 다양한 관점을 포함합니다.

우리는 이 탐구를 시작하며 비트코인 채굴의 메커니즘을 분해하고, 에너지 소비 패턴을 검토하며, 전 세계 에너지 보존 및 환경 보호의 맥락에서 비트코인 채굴의 지속 가능성에 대해 고민할 것입니다.

비트코인과 그 채굴이란 무엇인가?

비트코인은 방대한 컴퓨터 네트워크 전반에 걸쳐 거래를 엄격하게 기록하는 탈중앙화 원장인 블록체인 네트워크에서 완전히 작동합니다. 각 블록은 일련의 거래를 포함하며, 채굴자에 의해 엄격한 검증과 확인을 거친 후에야 블록체인에 추가됩니다. 일단 블록이 블록체인에 추가되면, 포함된 거래를 변경하는 것은 불가능한 작업이 되어 기록된 데이터의 불변성을 보장합니다.

비트코인 같은 암호화폐는 블록체인의 특징인 분산 원장 기술을 활용하여, 기록의 변경 불가능성을 보장하고 거래 투명성을 높입니다. 비트코인 블록체인은 SHA-256이라는 고급 암호화 알고리즘을 사용하여 데이터를 고유한 문자열로 변환하며, 이를 통해 네트워크 전반의 정보 보안과 무결성을 보장합니다.

비트코인 채굴은 비트코인 네트워크에서 거래를 검증하는 정교한 컴퓨팅 작업으로, 채굴자라고 불리는 개인들이 수행합니다. 한정된 천연 자원을 채굴하는 것과 유사하게, 채굴할 수 있는 비트코인의 총량은 2,100만 개로 제한되어 있으며, 복잡한 암호화 해시 퍼즐을 해결하고 거래 블록을 확인하기 위해 전기 에너지 투자가 필요합니다. 

채굴자들은 이러한 퍼즐을 가장 먼저 해결하는 사람이 되기 위해 경쟁하며, 승자는 비트코인 블록체인의 거래 장부를 업데이트하고 새로 발행된 비트코인을 보상으로 받을 특권을 얻습니다. 컴퓨팅 파워는 채굴자가 시도할 수 있는 추측의 수를 결정하며, 성공적으로 채굴할 확률에 영향을 미칩니다. 비트코인 채굴의 주요 목표는 신규 코인을 유통에 도입하고, 거래를 검증하며, 위조 및 이중 지출을 방지하고, 탈중앙화된 거래 장부를 유지하는 것입니다.

왜 암호화폐 채굴은 에너지를 사용하는가?

암호화폐 채굴의 상당한 에너지 소비는 블록체인 네트워크의 보안과 탈중앙화를 보장하기 위한 타협입니다. 그럼에도 불구하고, 지속 가능한 에너지와 효율적인 채굴 알고리즘의 채택으로 인해 프로세스의 에너지 효율성과 지속 가능성을 향상시키기 위한 진전이 이루어지고 있습니다.

암호화폐 채굴은 거래를 검증하고 블록체인의 새 블록을 추가하기 위해 컴퓨터가 복잡한 수학 계산을 수행해야 하기 때문에 에너지 집약적입니다. 주로 CPU와 GPU에서 나오는 이러한 컴퓨팅 수요와 채굴 장비에서 발생하는 열을 관리하기 위한 냉각 시스템은 높은 에너지 사용으로 이어집니다.

암호화폐 채굴의 초기 단계는 작업 증명(Proof-of-Work)과 같은 합의 알고리즘을 통해 블록체인 네트워크에서 거래를 검증하는 것을 포함합니다. 이는 ASICs와 같은 특수 소프트웨어 및 하드웨어를 사용하여 가속화된 속도로 계산을 수행하는 복잡한 수학 퍼즐을 채굴자가 해결해야 함을 의미합니다. 퍼즐을 가장 먼저 해결한 채굴자는 다음 블록을 블록체인에 추가하고 보상으로 지정된 양의 비트코인(BTC)을 받습니다.

채굴자들은 초기 퍼즐 해결자가 될 확률을 높이기 위해 최대한의 컴퓨팅 파워를 사용하도록 인센티브를 받습니다. 채굴자들의 유입과 경쟁이 심화됨에 따라 에너지 수요가 증가하고, 이는 전력 소비 급증으로 이어집니다. 일부 분석에 따르면 비트코인 네트워크의 총 에너지 소비는 작은 국가의 수준에 미칠 수 있습니다.

화석 연료에 주로 의존하는 암호화폐 채굴의 환경적 영향, 즉 이산화탄소와 같은 온실 가스를 배출한다는 점은 시급한 우려 사항입니다. 또한, 특정 지역에서는 채굴을 위한 전기 요금이 지나치게 높아 채굴자의 경제적 타당성을 떨어뜨릴 수 있습니다.

왜 비트코인은 이렇게 많은 에너지를 소비하는가?

한눈에 볼 때 비트코인은 막대한 전기 소비가 필요해 보이지 않습니다. 간단한 클릭이나 스마트폰 탭으로 수십 년간 사용해 온 디지털 거래 방식인 암호화폐를 사고팔 수 있습니다. 그러나 비트코인의 탈중앙화 아키텍처가 탄소 배출을 크게 증폭시킵니다.

비트코인은 거래를 인증하기 위해 컴퓨터가 점점 더 복잡한 수학 문제를 해결하도록 요구합니다. 이 작업 증명(Proof-of-Work) 합의 메커니즘은 일반적으로 인식되는 것보다 훨씬 더 많은 에너지를 소비합니다.

EY의 글로벌 블록체인 리더인 폴 브로디는 "비트코인의 맥락에서 수많은 경쟁자들이 거래를 신속하게 패키징하고 작은 수학 문제를 해결하기 위해 경주에 참여합니다."라고 설명합니다. 방정식을 신속하게 해결한 채굴자는 거래를 검증할 뿐만 아니라 작은 보상으로 비트코인 결제를 받습니다.

비트코인의 초기 단계에서는 국가의 소비에 해당하는 전력을 소비하지 않았습니다. 그러나 암호화폐의 기술은 더 많은 사람들이 퍼즐을 해결하기 위해 경쟁함에 따라 수학 퍼즐의 난이도를 본질적으로 높이며, 이는 비트코인의 인기가 높아짐에 따라 더욱 심화될 동적입니다.

수많은 채굴자들이 보상을 위해 전력을 사용합니다. 수백만 대의 컴퓨터가 동일한 문제를 해결하려고 시도할 수 있지만, 결국 비트코인 보상을 받을 수 있는 것은 한 대뿐입니다.

브로디는 "99.99%의 모든 기계가 경주에서 이기지 못했기 때문에 결과를 폐기하기 때문에 이는 낭비적입니다."라고 지적합니다. 이 방법은 공정하고 안전한 결과를 낳지만, 상당한 탄소 배출도 생성합니다. 브로디는 비트코인의 창시자가 그 거대한 성공과 그에 따른 막대한 전력 소비를 예상하지 못했을 것이라고 의심합니다.

또한, 이 과정은 시간이 많이 걸리며, 비트코인 거래당 10분 이상 소요됩니다. 이는 새로운 블록을 채굴하는 데 필요한 시간입니다.

반면, 비자(Visa)가 제공하는 다른 디지털 거래는 더 빠르고 에너지 효율적입니다. 예를 들어, 비자는 초당 약 1,700건의 거래(TPS)를 처리할 수 있는 반면, 비트코인은 초당 4건의 거래(TPS)를 처리합니다.

암호화폐 채굴과 관련하여, 미국은 2022년 5월 캠브리지 디지털 자산 프로그램(CDAP) 보고서에 따르면 전 세계 해시레이트의 거의 38%를 차지하며 전 세계 비트코인 채굴 시장을 주도하고 있습니다. 해시레이트는 수많은 블록체인 계산을 포함합니다.

베이징이 영토 내 비트코인 채굴을 근절하려는 노력을 기울임에도 불구하고, CDAP는 또한 중국이 전 세계 시장 점유율의 20% 이상을 차지하는 두 번째로 큰 비트코인 채굴 허브임을 발견했습니다.

카자흐스탄(전 세계 점유율 13%), 캐나다(6% 이상), 러시아(거의 5%) 등 기타 주요 비트코인 채굴 허브가 있으며, 나머지는 전 세계에 분산되어 있습니다.

비트코인 채굴자들은 재생 가능 에너지를 사용하여 채굴하는가?

현재 비트코인 채굴의 상당 부분이 재생 가능하지 않은 에너지원에 의존하고 있지만, 채굴자들이 운영에 재생 가능 에너지를 활용하는 추세가 높아지고 있습니다. 재생 가능 에너지가 활동에 전력을 공급하는 데 더 비용 효율적인 옵션이 됨에 따라 채굴자들이 재생 가능 에너지를 채택할 가능성이 높아질 것으로 예상됩니다.

앞서 강조했듯이 비트코인 채굴은 강력한 컴퓨터를 사용하여 복잡한 수학 퍼즐을 해결함으로써 거래를 검증하고 블록체인에 추가하는 에너지 집약적인 프로세스입니다. 초기에는 비트코인 채굴의 큰 부분이 세계 최대의 석탄 기반 전력 생산국인 중국에 집중되어 있어 BTC 채굴에 상당한 양의 재생 가능하지 않은 에너지가 사용되었습니다.

국가 간 비트코인 채굴을 비교할 때, 미국이 중국에서 비트코인 채굴이 금지된 이후 특히 선두를 차지하고 있습니다. 그러나 퀘벡과 아이슬란드와 같이 재생 가능 에너지 자원이 풍부한 지역을 중심으로 수력 발전과 같은 재생 가능 에너지원 사용으로의 뚜렷한 전환이 이루어지고 있습니다.

또한 재생 가능 에너지원의 비용이 하락함에 따라 채굴 기업들은 운영에 전력을 공급하기 위해 이러한 에너지원을 점점 더 많이 채택하고 있습니다. 많은 기업들은 태양광 및 풍력 발전소와 같은 자체 재생 가능 에너지 프로젝트에 투자하여 채굴 활동을 지속 가능하게 연료로 공급하고 있습니다.

농촌 지역의 혜택 

재생 가능 에너지원은 전력 중단에 덜 취약하기 때문에 비트코인 채굴 운영에 더 안정적인 전력 공급을 제공합니다. 또한, 비트코인 채굴에 지속 가능한 에너지를 활용하면 농촌 지역에서 일자리 창출과 경제 발전을 촉진할 수 있습니다.

비트코인과 관련하여, 에지 디바이스와 같은 대체 컴퓨팅 자원을 활용하는 그리드리스 컴퓨팅(Gridless computing)은 아프리카에서 BTC 채굴을 위한 재생 가능 에너지원 활용을 촉진할 수 있습니다. 그리드리스 컴퓨팅은 아프리카 여러 지역에서 종종 신뢰할 수 없거나 존재하지 않는 중앙 집중식 전기 그리드에 대한 대안을 제시합니다. 이를 통해 채굴자들은 태양광이나 풍력과 같이 현지에서 생산된 재생 가능 에너지원을 활용하여 고립되거나 그리드에서 분리된 위치에서 운영을 수행할 수 있습니다.

아프리카의 많은 농촌 지역에서 전기 인프라의 부재는 전통적인 채굴 운영을 시작하고 유지하는 데 과제가 됩니다. 반면, 그리드리스 컴퓨팅은 채굴자들이 태양광 패널이나 풍력 터빈과 같은 휴대용 분산형 재생 가능 에너지원으로 채굴 장비를 가동할 수 있게 하여, 원격지에서 운영을 설정하고 해당 지역의 풍부한 재생 가능 에너지 자원을 활용할 수 있게 합니다.

또한, 그리드리스 컴퓨팅은 일자리와 소득원을 창출하여 인접 지역에 경제적 혜택을 제공하는 커뮤니티 기반 채굴 운영의 출현을 촉진할 수 있습니다. 이러한 커뮤니티 중심 채굴 기업은 지속 가능한 에너지 관행에 대한 교육과 훈련을 제공함으로써 재생 가능 에너지원의 채택을 촉진할 수도 있습니다.

채굴자의 에너지 구매자로서의 역할 

비트코인 채굴자들은 운영에 전력을 공급하기 위해 전통적 및 재생 가능 에너지원의 혼합물에서 전력을 구매하거나 자체 재생 가능 에너지 설비를 구축 및 운영하여 주요 에너지 소비자로 위치합니다.

채굴자들은 일반적으로 BTC 채굴을 촉진하기 위해 유틸리티 회사나 독립 발전자와 같은 에너지 공급업체로부터 전력을 구매합니다. 채굴 장비에 전력을 공급하기 위해 사용되는 이 전력은 석탄이나 천연 가스 같은 전통적 자원과 태양광이나 풍력 에너지 같은 재생 가능 자원 모두에서 발생할 수 있습니다.

비트코인 채굴자가 에너지 구매자로서의 구체적인 예로는 캐나다의 유틸리티 회사인 하이드로-퀘벡(Hydro-Quebec)이 있습니다. 이 회사는 낮은 전기 요금을 활용하고 BTC 채굴에 잉여 수력 발전을 활용하기 위해 비트코인 채굴자들이 주에 운영을 설정하도록 적극적으로 유치했습니다.

특정 시나리오에서는 채굴자들이 에너지 공급업체와 장기 계약을 체결하여 안정적이고 신뢰할 수 있는 전력 공급원을 제공할 수도 있습니다. 이는 대규모 채굴자들에게 에너지 필요에 대한 예산을 전략적으로 계획하고 할당할 수 있게 하므로 특히 유익합니다.

비트코인 채굴자들은 태양광이나 풍력 발전소와 같은 자체 재생 가능 에너지 시설을 구축하고 관리함으로써 에너지 소비자가 될 수도 있으며, 이를 통해 채굴 활동에 필요한 에너지 공급을 보장할 뿐만 아니라 지속 가능한 에너지원 전환을 지원합니다.

예를 들어, 비트코인 채굴 기업인 제네시스 마이닝(Genesis Mining)은 아이슬란드에서 지열 및 수력 에너지를 활용하여 운영을 설정함으로써 아이슬란드의 풍부한 재생 가능 에너지 자원을 활용하고 환경 발자국을 줄였습니다. 또한, 세계 최대 비트코인 채굴 시설 중 하나인 KnCMiner는 스웨덴의 회사 소유 토지에 개발된 풍력 발전소에 의해 구동됩니다.

채굴자들은 낭비될 수 있는 잉여 에너지를 활용하기 위해 기존 재생 가능 에너지 시설(예: 수력 댐이나 지열 발전소) 근처에 운영을 전략적으로 위치시킬 수도 있습니다. 미국의 뉴욕 주 상부에 위치한 그린리지 제네레이션(Greenidge Generation)은 지역 발전소의 잉여 천연 가스로 채굴 운영에 필요한 전력을 생성하고 에너지 필요를 충족하기 위해 7메가와트 규모의 태양광 발전소도 건설한 사례입니다.

비트코인의 에너지 문제에 대해 무엇을 할 수 있는가?

비트코인의 상당한 에너지 소비 문제를 해결하기 위해 비자의 네트워크와 같은 중앙 집중식 시스템으로 돌아가야 할 필요는 없습니다. 결국 비트코인의 핵심 약속은 카드 네트워크와 금융에 대한 그들의 지배적 통제와 같은 중개자를 제거하는 것입니다. 대신 비트코인 옹호자들은 여러 대안을 가지고 있습니다.

• 재생 에너지 채택: 중국이 비트코인 채굴을 근절하기 위한 조치를 시행하면서 비트코인 채굴을 위한 재생 에너지 사용이 감소했습니다. 이는 활동을 중국 내에서 지하로 밀어냈습니다. 2020년 거의 42%였던 재생 에너지 비중은 중국의 단속 이후 2021년 8월 25%로 하락했습니다. 수많은 스타트업이 비트코인의 탄소 발자국을 완화하기 위해 더 친환경적인 에너지를 비트코인에 도입하는 방법을 모색하고 있습니다. 예를 들어, 리퀴드스택은 채굴 라igs를 더 효율적으로 냉각하는 것을 목표로 하는 반면, 제네시스 마이닝은 청정 에너지원만 독점적으로 사용합니다. 그러나 이러한 탄소 감소 노력에도 불구하고, 전문가들은 비트코인의 탄소 배출량이 급증하여 현재 그리스와 비교할 수 있다고 지적합니다.
• 지분 증명 시스템으로 전환: 작업 증명과 달리 지분 증명은 복잡한 퍼즐을 해결하기 위한 치열한 경쟁을 필요로 하지 않으며 더 적은 자원을 소비합니다. 간단히 말해, 지분 증명은 네트워크 참여자가 거래를 검증할 기회를 얻기 위해 소량의 암호화폐를 예치해야 합니다. 시가총액 기준 두 번째로 큰 암호화폐인 이더리움은 이더리움 2.0을 통해 작업 증명에서 지분 증명으로 전환 중이며, 이는 이더리움 기반 토큰과 블록체인의 에너지 소비를 추정치 99.95% 감소시킬 것으로 예상됩니다.
• 프리마이닝 도입: 일부 암호화폐는 낭비적인 컴퓨팅을 우회하기 위해 프리마이닝을 도입했습니다. 프리마이닝은 법정 화폐나 주식과 유사하게, 중앙 권위가 일정량의 항목을 생성하고 경제에 전략적으로 방출하는 것을 포함합니다. 이러한 시스템에서 거래는 여전히 탈중앙화된 검증자 네트워크에 의해 검증되지만, 관련 당사자는 화폐 시스템 자체가 항상 그들에게 보상을 제공하지 않기 때문에 검증자에게 보상하기 위해 작은 거래 수수료를 지불해야 할 수 있습니다.
• 탄소 배출권 또는 요금의 통합: 탄소 배출권은 기업이 특정 양의 탄소 배출을 허용하는 정부 승인 권리로, 기업 간 거래가 가능하며 낮은 배출량을 장려하고 초과 배출에 대한 페널티를 부과합니다. 암호화폐 채굴 기업의 경우, 이는 다른 기업으로부터 탄소 배출권을 구매하여 배출량을 상쇄하거나, 더 친환경적인 에너지로 전환하여 배출권을 판매함으로써 수익을 창출하는 것을 의미할 수 있습니다.
• 블록체인의 환경적 미래: 환경적 영향에도 불구하고, 전기 요금은 비트코인 채굴의 수익성에 영향을 미칩니다. 디지털 코인을 더 효율적으로 생성함으로써 채굴자는 수익성을 높일 뿐만 아니라 블록체인이 주류로 자리 잡을 가능성을 높입니다. 블록체인 기술을 다양한 경제 분야에 통합하면 많은 기업의 탄소 발자국을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 스마트 계약은 기업이 복잡한 결제 및 비즈니스 프로세스 시스템을 자동화할 수 있게 하여 통근하는 직원 수와 관련된 운송 부문 탄소 배출을 줄일 수 있습니다.

블록체인 기술의 완전한 잠재적 녹색 응용 프로그램이 수년 동안 알려지지 않을 수 있지만, 이미 기업들이 탄소 배출량을 기록하거나 탄소 중립 미래로 전환하기 위해 블록체인 기반 탄소 배출권을 사용하는 등 탄소 배출량과 같은 중대한 문제를 해결하는 데 사용하는 것에 대한 논의가 이미 이루어지고 있습니다.

결론

비트코인 채굴은 암호화폐의 분산형 프레임워크의 핵심 구성 요소로, 전 세계 에너지 소비 및 환경 지속 가능성에 복잡한 함의를 안겨주었습니다. 한편, 비트코인 채굴로 인한 전력 수요는 재생 에너지원의 개발과 채택을 가속화할 독특한 기회를 제공합니다. 비용 효율적인 전력을 끊임없이 추구하는 채굴자들은 종종 태양광 및 풍력 발전과 같은 재생 에너지원에 매료되며, 이는 경쟁력 있는 가격으로 활용될 수 있습니다. 결과적으로 비트코인 채굴은 재생 에너지 발전소의 설립을 촉진하는 촉매제 역할을 할 잠재력을 가지고 있습니다.

더욱이 비트코인 채굴은 그렇지 않으면 낭비되었을 여분의 에너지를 활용하여 에너지 시스템의 효율성을 높일 수 있습니다. 예를 들어, 간헐적으로 잉여 전력을 생산하는 수력 발전 댐 근처에 채굴 시설을 설립함으로써 채굴자들은 이러한 추가 에너지를 효과적으로 활용하여 기존 에너지 자원의 사용을 최적화할 수 있습니다.

반면, 비트코인 채굴이 에너지 인프라와 환경에 미칠 수 있는 잠재적인 부정적 영향의 어두운 그림자가 크게 드리워져 있습니다. 채굴에 필요한 막대한 에너지 소비는 집약적인 처리 능력 요구 사항으로 인해 전력 수요를 증가시켜 에너지 비용을 상승시킬 수 있습니다. 만약 채굴자들이 전력 생산을 주로 화석 연료에 의존한다면, 이로 인한 탄소 배출량 증가는 기후 변화를 크게 악화시킬 수 있습니다. 특히 비트코인과 같은 암호화폐의 악명 높은 에너지 집약성은 가격 변동성과 이로 인한 해당 분야의 기후 행동 장애로 인해 기후 진전을 저해할 잠재력을 가지고 있습니다.

피할 수 없는 규제 감시 속에서 Crypto Climate Accord(CCA)와 같은 이니셔티브는 이러한 환경적 도전에 대응하려는 커뮤니티 중심의 경향을 보여줍니다. 그러나 참여 조직들에게 이러한 약속이 수사적 수준을 넘어 실질적인 행동으로 구체화되는 것이 필수적입니다. CCA 회계 지침 및 Crypto Climate Impact Accounting Framework와 같은 배출량 측정 가이드라인을 구현하는 것은 산업 참여자들이 자신의 기후 영향을 이해하고 이후 완화할 수 있도록 하는 데 있어 중요한 첫걸음입니다. 명언이 말하듯, 효과적인 관리는 정확한 측정에 기반합니다.

중간 단계로, 비트코인을 위한 덜 에너지 집약적인 합의 메커니즘이 개발되고 구현되기 전까지, 기존 채굴 운영은 추가적인 재생 에너지로 구동되어야 합니다. RE Emissions Score와 같은 도구는 채굴자들에게 계약된 전력이 재생 가능하고 추가적인 것인지 확인할 수 있는 수단을 제공하며, 이는 2035년까지 미국 전력 그리드의 탈탄소화에 필수적입니다.

암호화폐와의 직접적인 관여가 막을 내리면서, Rocky Mountain Institute(RMI)는 그리드의 탈탄소화와 글로벌 에너지 시스템 혁신을 위한 노력을 지속할 것입니다. 비트코인 채굴과 환경 지속 가능성을 조화시키는 여정은 분명히 복잡할 것이며, 재생 에너지 개발 기회를 활용하고 에너지 인프라 및 환경에 대한 잠재적인 부정적 영향을 완화하는 것 사이의 미묘한 균형을 필요로 할 것입니다.