こんにちは。AndGoのハードウェア担当の片山です。
実は僕は本職ではエネルギー分野に関する研究者をやっているということもあり，本日はマイニングとエネルギーについてお話していきたいと思います。
マイニングについて復習
まずマイニングの復習からしていきたいと思います。ビットコインのトランザクションは約1MBごとにブロックとしてまとめられます。さらにブロックに「ある値」を付け加えたものからハッシュ値というものを計算します。このときハッシュ値がある特定の値以下になるようにしなければいけません。ハッシュ値は付け加えた「ある値」によって不規則に変化するので，「ある値」を無作為に選んで，適切なハッシュ値が出るまで，何度もトライアルアンドエラーを繰り返す必要があります。これがマイニングで行われている計算です。(手動でやってみたい方向けに注釈*に方法を記しておきます。) この無駄な計算を全力で行うことがまさに Proof of Work でブロックチェーンの正当性を担保する作業です。
マイニングに必要なエネルギーを計算してみる
皆さんマイニングに必要なエネルギーってどのくらいか見積もってみたいと思います。まず，世界中の計算機が一秒間にどれだけマイニングのための計算をしているか，いわゆるハッシュレートを調べてみます。https://www.blockchain.com/charts/hash-rate を見てみると，9月1日現在で127m TH/sとなっています。THというのはテラ・ハッシュのことで1 TH/sであればハッシュ値を求める計算を1,000,000,000回行ったことになります。さらにm(ミリではなくメガ)がついているのでさらに1,000,000倍で127,000,000,000,000,000回のハッシュ値の計算を1秒ごとに行っているということになります。
次に現在販売されているマイニング専用機を探してみます。ASICを利用したもので探してみると，それなりに新しいもので https://compassmining.io/hardware などが見つかりました。「100 TH/s 3250 Watts」と書いてあります。3250 Wの消費電力で100 TH/sの能力があるという意味になります**。
もし，世界中のマイナーがこのマイニング専用機を使っていると仮定します。1 Wの消費電力あたりで考えると，0.0307 TH/Wsとなります。先程の127m TH/sを0.0307 TH/Wsで割ると，4,140,000,000 Wという結果が得られました。桁が大きいのでGW(ジゴワットではなくギガワット)という単位を使うと4.14 GWという結果になりました。
マイニングで利益を上げるには？
次に電気料金を計算してみます。(割に合うはずがないですが)日本の電気を使ってマイニングしているとします。日本では電気料金は1 kWhあたり，すなわち1000 Wの電力を1時間使用した場合に25円程度です。平均ブロック生成時間の10分間に4.14GWの電力を使っているとすると，約1,725万円かかる計算になります。これで確実にマイニング報酬(2021年9月現在で6.25BTC 日本円換算で3,500万円程度)を得ることができるので，日本でもペイできそうな気がしてきます。実際にはマイニング専用機のイニシャルコストや，空調などに費用がかかりますので，そう甘くないはずです。電力コストが日本の半額以下の中国でマイニングが盛んなのもうなずけます。
GPUを使ってマイニングをするということも流行りました。GPUは本来はPCのグラフィックス描画に使用するものですが，単純な計算を，並列化して高速化できるため，マイニングにも利用されていました。最新鋭のGPUとしてNVIDIA RTX 3060 Tiを例に計算してみます。285 Wの消費電力で0.000120 MH/s程度だそうです。1 Wに換算すると0.000421 TH/Wsということで0.0307 TH/WsのASICの足元にも及ばない効率です***。
ビットコインのエネルギー問題を解決するためには
4.14 GWという電力は大きすぎてピンと来ないかもしれませんが，世界全体では2000 GW程度の電力を使っています。現在はマイニングで少なく見積もっても世界全体の0.2%の電力を使っていることになります。地球温暖化問題は明らかに深刻化し始めていますので，ビットコインへの批判も今後大きくなっていくでしょう。それに対して，明確な答えはありませんが，議論のきっかけを提供したいと思います。
2020年の時点で世界の電力発電量における再生可能エネルギーの割合は36%程度と言われています。意外と割合として大きいと思われた方もいらっしゃると思いますが，水力発電や風力発電が70%程度，含まれていることや，設備容量での計算値ですので，太陽光発電のような時々刻々と発電量が変化するようなものでも最大発電電力で計上されているので，実際の総発電量よりも大きな数字になっています。
実際に太陽光や風力のような再生可能エネルギーは不安定な電源であるため，比較的応答性が高い他の電源と組み合わせることは必須ですし，それでも需要と供給がマッチしない場合には発電量抑制が要請されることもありえます。そこで近年は電力小売事業の自由化の流れもあり，電力料金のダイナミックプライシングというものが提案されています。電力が不足している時は価格が上昇し，余っている時は価格が低下するというものです。これは２つの面でマイニングと非常に相性がよいと考えています。
