做為技術堆疊的基礎層，包括支持底層區塊鏈協議和相關基礎設施的節點（node）網絡。因包含各節點的互動， 此層對能源消耗和碳足跡等環境因素有較大影響。
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2023-04-25|作者：World Economic Forum reports／編譯：CSRone 李宜蓁

## 區塊鏈技術將革新能源領域，機會與挑戰面面觀

隨著區塊鏈技術日益成熟，其應用於永續領域的可能性也愈高。本文將說明區塊鏈技術在能源領域的應用與可達成的效益，以及未來的挑戰，並介紹相關案例，例如可再生能源的點對點交易平台、加密貨幣熱能再利用等。使讀者具體了解區塊鏈技術的可能性與機會，也提供讀者應用時需注意的幾個建議。

作為Web3.0技術的首個敲門磚──「比特幣」於2009年問世後，隨之而來的是越來越多的應用技術，如元宇宙、NFT、以太坊（Ethereum）、區塊鏈技術等，而這些 創新科技將為永續領域 帶來什麼挑戰與機會呢？

## 潛能無限，區塊鏈技術的應用與案例

作為一個去中心化的數據資料庫， 區塊鏈特徵包含「去中心化、不可篡改、可追溯性」，其利用共識機制（Consensus Mechanism）與加密系統，提供使用者可靠且透明的數據交易。也因這些特性，其應用可產生效益與相關案例如下：

1.擴大市場參與者：去中心化的特性， 使得個人和企業能直接交易能源，從而減少對中央能源供應商的依賴，擴大市場參與者，促進再生能源發展。而不可竄改和可追溯性，也更易於追蹤、認證再生能源使用及發放憑證。

企業案例

說明

Srcful

Srcful利用區塊鏈技術建置虛擬電廠──使用分散式能源資源（DERs）、區塊鏈技術和物聯網（IoT）建立的智能化分散式電網，能讓個人透過Srcful能源閘道器建造、連接自己的太陽能電池板或電池，並經由獲取代幣獲利。此設計讓微型發電者得以參與過往受限的生態系統，並透過附屬服務獲得經濟收益。

Gainforest.app

Gainforest為去中心化基金。由於利用人工智能，得以有效估算、保護與利用自然資源，衡量並獎勵永續自然管理的使用者；同時利用影響力NFTs，將保護項目收到的捐款，轉化為非同質且動態的影響力證書，透過實時數據讓捐贈者追蹤其影響力。

2.增加能源效率：基於區塊鏈系統可以實現能源網格、智能建築和再生能源系統的高效管理，優化能源消耗並減少浪費。

企業案例

說明

APG FlexHub

此專案為Austrian Power Grid和Energy Web Foundation兩家組織在奧地利網路推出「彈性中心」（Flex-Hub）概念──透過區塊鏈技術提供彈性能源供應，等待被啟動後便能運作並取得相應的補償，加速推動分散式電網的發展。

3.供應鏈透明與管理：可透明追蹤供應鏈中的產品和物料的特性，有助於減少非法或非永續性作為造成的環境損害，例如森林砍伐、過度捕撈或危險廢棄物處理等，並透過產品追溯和防止偽造等方法，有效管理供應鏈廠商。

企業案例

說明

Toolkit for 24/7 carbon-free energy

此為Energy Web（EW）與Elia、SB Energy和Shell合作開發的軟體工具包（SDK），能夠全天候監測和匹配可再生能源的發電和用電，以追蹤詳細的可再生能源需求。其實現了能源消耗和發電的實時透明度，包括能源發電和消耗的數據收集、能源來源追蹤、偏好配對和報告等功能，使用者可依其規劃減碳目標及發展。

Green Proofs for Bitcoin

負責協調比特幣挖礦和全球減碳努力之間的透明度倡議。礦工可利用驗證平台申請和共享「永續挖礦認證」，並選擇向加密市場參與者和商業交易對手揭露其認證或基礎永續數據。

4.有效利用當地的能源和資源：去中心化除了使當地社區更有效或創新地使用能源和其他資源，減少人類對地球的影響，更能強化當地經濟體，確保不會損失全球化帶來的利益。

企業案例

說明

Waste heat utilization in North Vancouver

挖礦為人詬病的常見原因為高能源消耗，然而北溫哥華在2021年以創新想法扭轉其缺點為優點──由Lonsdale Energy Corporation與加拿大綠色科技公司MintGreen合作，開發出的數位鍋爐（Digital boilers），能夠將比特幣挖礦消耗的電力轉化為熱能，轉換率高達96%以上，得以用於工業流程和供暖。此技術成功防止每兆瓦的20,000公噸溫室氣體進入大氣，為大約15萬人的100棟住宅和商業建築提供熱能。

## 區塊鏈對環境影響仍難以測量與評估

儘管區塊鏈能為我們帶來更多元的永續解方，但正在發展中的技術及去中心化的特性， 在測量、評估對氣候影響的碳足跡或能源強度上，不管是方法或準確度都仍不充足。且「區塊鏈」雖然泛指各種區塊鏈解方，但不同技法造成的能源消耗差異相當大。以下將從區塊鏈的三大特性，說明不同區塊鏈技術與能源影響變化的程度差異。

技術堆疊（ Technology Stack ）

技術堆疊是一組技術元件和軟體工具的總稱，用於開發和執行軟體程式，並由多個具不同功能和用途的「層次」組成。「加密氣候協議」（Crypto Climate Accord, CCA）將區塊鏈技術中的技術堆疊分為三層，越接近使用者端，對能源消耗和碳足跡等環境因素影響越小：

1.第 1 層：礦工／驗證器（ Miners/Validators ）

做為技術堆疊的基礎層，包括支持底層區塊鏈協議和相關基礎設施的節點（node）網絡。因包含各節點的互動， 此層對能源消耗和碳足跡等環境因素有較大影響。

2.第 2 層：應用程式（ Intermediaries such as wallets, exchanges and custodians ）

此層包括區塊鏈上執行的各種應用程式和智能合約，對能源消耗和碳足跡等環境因素也有影響，但不若第1層程度高。

3.第 3 層：使用者介面（ Holders of cryptocurrency / investors / dApps ）：此層為建立在區塊鏈上的應用程式和服務，是最終使用者使用的產品和服務，例如去中心化金融（DeFi）應用程式、預測市場和其他分散式應用程式（dApps）。 此層對能源消耗和碳足跡等環境因素影響相對較小。

公有鏈與私有鏈（ Permissioned vs. Permissionless ）

雖然一般對區塊鏈的印象似乎是任何人都可參與，但區塊鍊仍分為公有鏈和私有鏈， 最明顯的差異為對「參與者的限制」── 公有鏈開放給所有人參與編輯數據，亦即所有使用者皆可存取、上傳、執行應用程式，如大眾熟知的比特幣、以太坊即為此類；反之，技術仍有條件限制的私有鏈區塊鏈，只開放給部分參與者編輯。

公有鏈因參與者皆可編輯數據，相較於單一組織或個人控制的私有鏈，最大程度地保有數據安全，但 速度和吞吐量較低是全面開放的代價，消耗的能源和碳足跡也較多，使用者需要取得在資訊安全與能源消耗間的平衡。

共識機制（ Consensus Mechanism ）

作為區塊鏈網路中 所有節點之間達成共識的機制，其確保了交易可靠性和安全性。不同的共識機制有不同的實現方式，其中最常見包括工作量證明（Proof of Work, PoW）、權益證明（Proof of Stake, PoS）、權益股份證明（Delegated Proof of Stake, DPoS）等。

- PoW：通常被用於加密貨幣區塊鏈──使用複雜算式解決一個數學問題，來驗證交易的合法性，從而獲得加密貨幣。此方法 需要大量的計算能力，相應而來的是高昂電力成本。
- PoS：其驗證交易的過程中，根據參與者所持有的加密貨幣數量來分配驗證權。持有更多加密貨幣的人將更有可能獲得驗證權，並獲得獎勵，類似於證券市場上的股權制度。 因所需計算較 PoW 少，對能源需求也較低。
- DPoS：由持有加密貨幣的人選舉代表來進行驗證，這些代表被稱為見證人，負責驗證交易和維護區塊鏈的安全性和完整性。

根據共識機制所需之計算能力高低，對能耗需求也各不相同，下圖為不同的共識機制對能耗需求的比較表，其中以常見的PoW能耗最高。

儘管似乎可以很明確地選擇低能耗的共識機制，然而仍存在其他影響碳排程度的因子。如 不同地區使用的再生能源比例 ──儘管使用同一種共識機制，使用化石燃料或再生能源，仍可能產生非常不同的碳足跡。 使用不同的載體， 如筆電或手機，能耗也不相同。

## 區塊鏈技術影響的多元永續議題

區塊鏈碳排受技術堆疊、共識機制、地區的能源來源等因素影響，存有相當大的差異；然而永續議題不僅關乎環境，仍有其他面向如社會、經濟等。除了公、私有鏈造成的資訊安全問題外，目前共識機制的選擇也是極大變因。儘管根據比較表可以看出：比起PoW，使用PoS或DPoS造成的碳排較低，但在其他議題上卻有其優劣。

2022年，開源區塊鏈平台「以太坊」為了降低環境影響，將共識機制從PoW轉換成PoS，產生了其他風險議題：

- 降低資安風險：此風險來自區塊鏈中的「51%攻擊風險」，意指區塊鏈使用者若占有超過51%的控制權，即可以對整個網絡進行攻擊。而PoS降低了此風險，因為要求攻擊者控制網絡大多數的權益份額，會比在PoW中控制大多數的計算能力更加昂貴和困難。
- 增加集中風險：然而，PoS引入了新的集中風險。因為以太坊的大量持有者可以在網絡共識機制方面獲得更多的影響力。
- 貨幣池（ Staking pool ）風險：貨幣池允許小型持有者透過與他人合併權益份額來參與，但也引入了新的風險──如集中、駭客攻擊和詐欺，並涉及證券交易法相關問題。
- 智能合約風險：PoS引入了與使用智能合約相關的新風險，因為智能合約負責管理投注資金和分發獎勵，但其中的漏洞或錯誤，可能導致資金損失或其他安全漏洞。

## 全面性評估區塊鏈影響之建議

區塊鏈技術勢不可擋，為了不造成更多議題風險，同時有效運用其益處，全面評估與有效的計算方法是相當重要的。報告提供讀者運用區塊鏈技術時，可做為評估及平衡其ESG議題影響程度的3個要點：

衝擊角度

特性

面向

範例

直接衝擊

（Direct impacts）

- 具立即性、直接相關
- 最容易測量及評估
- 同時具正負面影響

經濟

使用區塊鏈技術影響收入和支付等

社會

為減少碳排放而提供的激勵措施等

環境

實施解決方案所減少的二氧化碳排放或增加的用水量等

間接衝擊

（Indirect impacts）

- 不具立即性也不直接相關，但會隨著時間發生
- 同時具正負面影響

經濟

當地產業支出對其他當地產業的影響等

社會

使用特定去中心化的dApp改善健康生活方式等

環境

使用挖礦產生的廢熱供熱於當地區域等

三級衝擊

（Tertiary impacts）

- 超出直接或間接影響的效應
- 包括消費者行為的改變、市場競爭的變化以及對相關產業和服務產生的漣漪效應
- 同時具正負面影響

經濟

建立新的製造廠可能創造就業機會，促進當地經濟發展；但也可能導致當地房屋和服務需求的增加，進而間接影響其他產業

社會

例如資料收集導致的隱私風險可能具有倫理問題；但若用於改善醫療服務則可能受到正面評價

環境

例如實體外包所有數據存儲給第三方，其能源使用和消耗都不受其控制，以及廢棄物的回收及處置

3. 建立評估基準以及框架：制定評估基準及框架能有幾點效益，包含（1） 協助企業準備好面臨後續施行標準；（2） 提升服務，進而被投資者與使用者採用的潛力；（3） 明確制定實現目標的步驟及分工；（4） 透過更高價值或更低成本的改良計畫，提升整體價值。

企業初期需要嚴謹定義區塊鏈的共識機制類型、目標、範圍和規模，並建立基準以蒐集有效數據、評估進展；除此之外，還有系統間的潛在關聯及可能利益。另外，報告建議框架定義明確後，應該模組化，使其得以獨立或一起使用，為後續應用創造最大價值。

## 讓新科技成為能源轉型與創新之助力

使用區塊鏈技術具有相當大的潛力及創新應用，可以創建高效且安全的系統，用於管理能源生產、分配和消費，並實現可再生能源的點對點交易，支持新興技術的整合，例如虛擬電廠與電力網格等，透過去中心化以及高效的能源存儲與支付，實現更具靈活性和韌性的能源系統。然而，因區塊鏈的各種特性與技術，使得準確測量或驗證區塊鏈造成的碳足跡，在ESG議題上極具挑戰。使用者需正確考量區塊鏈的能源影響，以確保建置計畫不會對環境、社會、經濟造成傷害。

核稿：繆葶

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