왜 저렴한 전력이 비트코인 채굴을 더 낭비하게 만들 수 있는가

AI 열풍이 전 세계를 휩쓸면서, 이 기술은 전력에 대한 끝없는 욕구로 헤드라인을 장식하고 있습니다. 국제 에너지 기구(IEA)에 따르면, AI를 구동하는 데이터 센터는 2025년에 500 테라와트시(TWh)의 전력을 소비했으며, 이는 독일이 1년 동안 생산하는 전력량과 동일합니다.

AI의 전력 소비는 현재 전 세계 전력 생산량의 약 1.5%를 차지합니다. 그러나 AI가 대중의 비판 대상이 되기 전, 비트코인 (BTC ) 채굴이 에너지 소비로 가장 많이 비판받았습니다. AI 작업량이 비트코인 채굴을 능가했을 가능성이 있지만, 암호화폐 채굴은 여전히 에너지 사용과 배출량 논쟁에서 큰 주목을 받고 있습니다.

이러한 지속적인 비판은 산업이 저비용·저탄소 에너지원을 수용하고 있음에도 불구하고 나타납니다. 여기에는 잉여 재생 가능 전력, 매몰된 천연 가스, 제한된 풍·태양광 발전, 수요 반응 프로그램 등이 포함됩니다.

이 전환은 경제적 인센티브와 환경 목표를 일치시키는 듯 보이지만, 저렴하고 깨끗한 전력이 운영 비용과 배출량을 동시에 낮춘다는 가정이 항상 옳은 것은 아니라는 연구 결과가 있습니다.

비트코인 채굴은 더 깨끗해지고 있지만, 더 친환경해지고 있는가?

세계 최대이자 선도적인 암호화폐 네트워크인 비트코인은 허가 없이 검열 없이 돈을 전송할 수 있게 합니다.

이를 위해 비트코인은 탈중앙화된 작업 증명(PoW) 합의 메커니즘에 의존하는데, 채굴자들은 암호 퍼즐을 풀어 거래를 검증하고 블록체인을 보호함으로써 BTC 보상을 받기 위해 경쟁합니다.

PoW 합의는 최신 연구에서 “최근 수십 년간 가장 중요한 디지털 혁신 중 하나”이며, “신뢰할 수 있는 중개자에 의존하지 않고 익명이며 자기 이익을 추구하는 참여자들 간에 탈중앙화되고 신뢰할 수 없는 가치 이전을 가능하게 한다”고 평가했습니다.

이 과정은 이중 지불 문제를 해결하고 비트코인을 사기와 검열에 강하게 만들며, 공격자가 블록체인에 변화를 주려면 전체 계산 능력의 대부분을 장악해야 합니다.

따라서 채굴은 비트코인 네트워크의 경제적 보안 층 역할을 합니다. 수천 명의 채굴자가 투입하는 거대한 계산 노력은 이러한 공격에 대한 막대한 재정적 장벽을 만들며, 은행·정부·기업 없이도 블록체인을 신뢰할 수 있게 합니다.

이 보안 모델은 비트코인의 핵심 요소였으며, 암호화폐가 수조 달러 규모의 자산 클래스로 성장함에 따라 더욱 중요해졌습니다.

선도 네트워크를 보호하고 새로운 코인을 유통시키는 데 필수적이지만, 비트코인 채굴은 전력과 특수 채굴 하드웨어 측면에서 자원 집약적인 과정입니다.

채굴자들은 특수 칩이 장착된 랙을 24시간 가동해야 하며, 이는 많은 전력을 소비하고 화석 연료에 크게 의존하는 지역에서는 상당한 탄소 배출을 초래합니다. 게다가 ASIC 하드웨어는 몇 년 만에 경제적으로 구식이 되므로, 채굴자들은 수익성을 유지하기 위해 더 새롭고 빠른 기계로 교체해야 하며, 이는 전자 폐기물을 지속적으로 발생시킵니다.

이러한 문제는 규제 기관과 환경 단체에 의해 지속적으로 제기되어 왔으며, 그에 대한 대응으로 암호화폐 산업은 재생 가능 에너지와 낭비되는 에너지 활용으로 방향을 전환했습니다.

케임브리지 대체 금융 센터의 최근 보고서에 따르면, 현재 비트코인 전력의 절반 이상(52.4%)이 무배출 전원에서 공급되고 있으며, 이는 2022년의 37.6%에서 상승한 수치입니다.

이러한 지속 가능한 전원에는 수력과 풍력이 포함되며, 현재 전체 비중의 42.6%를 차지하고 있습니다. 예를 들어 파라과이와 같이 수력 자원이 풍부한 관할구역은 댐이 지역 전력망이 흡수할 수 있는 양보다 더 많은 전력을 생산함에 따라 중요한 채굴 허브가 되었습니다. 원자력도 9.8% 비중으로 의미 있는 기여를 하고 있습니다.

재생 가능 에너지와 함께, 채굴자들은 매몰 및 잉여 에너지에도 눈을 돌렸습니다. 석유 시추 현장에서 연소되는 대신 현장에서 포집해 전기로 전환하는 천연 가스가 그 예입니다. 그 결과 천연 가스 비중은 3년 동안 13.2 퍼센트 포인트 상승해 38.2%에 이르렀으며, 석탄 비중은 27.7 퍼센트 포인트 감소해 8.9%가 되었습니다.

매립지에서 발생하는 메탄도 전력으로 전환되어 강력한 온실 가스로 방출되는 것을 방지하고 있습니다. 한편 엘살바도르에서는 화산 활동에서 얻은 지열 에너지를 활용하고 있습니다.

또한 비트코인 채굴자들은 전력 피크 시기에 몇 초 안에 전력을 차단하고 그 대가로 크레딧을 받는 전력망 균형 프로그램에 참여하고 있습니다. 2022년 텍사스가 폭염을 겪었을 때, “거의 모든 산업 규모 비트코인 채굴” 운영이 장비를 중단하고 1,000MW 전력을 해제해 전력망에 재분배되었습니다. 이러한 발전은 비트코인 채굴을 더 깨끗하고 경제적으로 효율적으로 만드는 데 기여했습니다.

채굴자들은 또한 채굴 과정에서 발생하는 열을 활용하고 있습니다. 예를 들어 핀란드에서는 MARA가 비트코인 채굴을 기존 지역 난방 시스템에 통합했으며, 캐나다에서는 Canaan이 상업 농업 운영에 재활용하는 방안을 모색하고 있습니다.

보상이 4년마다 반감되어 현재 3.125 BTC에서 2028년 4월에는 1.5625 BTC로 감소함에 따라, 많은 상장 채굴 기업들은 AI·HPC와 같은 인접 사업으로 다각화하여 추가 수익원을 확보하고 있습니다.

이러한 진전에도 불구하고 남은 질문은 저렴하고 깨끗한 전력, 보다 효율적인 하드웨어, 새로운 수익원 접근이 비트코인 네트워크 전체의 환경 발자국을 실제로 감소시키는가 하는 점입니다. 이는 효율성 향상이 다른 디지털 기술에서 역사적으로 보여준 바와 같이 환경 영향을 줄이는지 여부와 직접 연결됩니다.

생산성 함정: 효율성이 비트코인 발자국을 줄이지 못하는 이유

효율성 향상이 비트코인 네트워크의 자원 집약도와 환경 발자국을 감소시키는지를 테스트하기 위해, “비트코인의 생산성 함정¹”이라는 연구는 채굴 시장의 형식적 경제 모델을 구축했고, 구조적 요인 때문에 효율성 향상이 효과가 없다고 결론지었습니다.

이는 정보 기술 및 데이터 센터와 같은 다른 산업에서 관찰되는 현상과는 다릅니다. 대부분의 컴퓨팅 응용 분야에서는 전력이 저렴하고 하드웨어가 효율적일수록 동일한 작업을 더 적은 자원으로 수행할 수 있습니다.

하지만 비트코인 채굴에서는 낮은 투입 비용이 오히려 채굴 활동을 촉진합니다.

그 이유는 채굴자들이 매초 수조 번의 추측을 수행해 특정 목표 출력을 찾는 계산 자체가 자체적인 가치를 갖지 않기 때문입니다. 이 활동은 네트워크에 대한 공격을 막기 위한 비용 신호로서만 존재합니다.

“PoW 시스템에서 계산 결과인 해시(hash)는 내재적인 생산 가치를 갖지 않는다. 이는 탈중앙화된 합의를 유지하기 위한 비용 신호로만 기능한다”고 연구는 말합니다. “데이터 전송(인터넷)이나 정보 처리(AI)와 달리, PoW에서 생성된 해시는 생산 비용 때문에 경제적·기능적으로 의미가 있다.”

이 모든 계산의 산출물은 고정되어 있으며, 계산 비용이 저렴해진다고 규모가 확대되지 않습니다.

채굴은 완전 경쟁 시장이며, 승자는 보상(현재 블록당 3.125 BTC와 거래 수수료)을 받습니다. 따라서 잉여 전력, 더 효율적인 칩, 추가 수익원 등으로 참여 비용이 낮아지면, 더 많은 채굴자가 경쟁에 참여해 전체 지출이 이전 균형 수준으로 돌아갑니다.

보상 풀도 미리 정해져 있기 때문에, 생산 비용이 낮아져도 네트워크가 창출하는 가치가 증가하지는 않습니다. 대신 채굴 수익성이 개선되어 추가적인 계산 능력이 유입되고, 경쟁이 다시 초과 수익을 잠식합니다. 여기서 효율성 향상은 생산성 증가가 아니라 참여 확대를 통해 흡수됩니다.

결과적으로 네트워크는 이전과 동일하게 안전하지만, 더 많은 하드웨어가 연결되고 전력 소비도 증가합니다.

이 현상을 저자들은 “생산성 함정”이라고 부르며, 투입은 확대되지만 산출이나 네트워크 보안은 증가하지 않는다고 설명합니다. “이 패턴은 생산성 향상을 통한 외부 효과 감소의 범위를 (날카롭게) 제한한다”고 저자들은 적었습니다.

따라서 자원 대비 산출 비율은 데이터 센터나 공장과 같은 다른 디지털 기술에서처럼 개선되지 않으며, 이는 비트코인을 기존 산업과 근본적으로 구별시키는 요인입니다.

예를 들어 IEA는 AI 컴퓨팅이 2030년까지 미국 전력 수요 증가의 절반을 차지할 것으로 전망하지만, 연구에 따르면 알고리즘 효율성은 연간 2.5배씩 빠르게 향상되고 있어, 이전 혁신과 마찬가지로 에너지 수요 상승이 기술 진보에 의해 결국 안정될 수 있음을 시사합니다.

이 메커니즘을 보여주기 위해 저자들은 세 가지 주요 효율성 향상 원천—잉여 재생 가능 에너지, 개선된 채굴 하드웨어, 추가 수익원—을 조사했습니다.

세 원천은 기술·경제적으로 차이가 있지만, 연구는 모두 동일한 경쟁 메커니즘을 통해 작동한다는 결론을 내렸습니다: 낮은 실질 비용이나 높은 실질 수익이 추가 채굴 투자를 촉진하고, 전체 자원 사용을 감소시키지는 않는다. 연구는 다음과 같이 명시했습니다:

“PoW 패러다임 내에서 효율성 향상은 자원 사용을 체계적으로 확대한다. 경쟁 균형에서 비용 감소는 추가 채굴을 통해 내생적으로 흡수되며, 외부 비용이 채굴자의 가격 신호에 내재되지 않아 인센티브 메커니즘이 사회 복지를 반대로 최적화한다.”

효율성의 환경적 한계와 해결책 탐색

최신 연구에서 저자들은 PoW 해시 계산이 고의적으로 단순하도록 설계되어, 채굴자 간 확률적 경쟁을 강제하는 목적을 가지고 있기 때문에 소프트웨어 효율성 개선을 고려하지 않았습니다. 이 구조는 PoW 보안 모델에 필수적이며, 이를 변경하면 합의 메커니즘 자체에 근본적인 변화를 의미합니다.

대신 저자들은 비트코인 PoW 제약 내에서 외부 효과를 조사했으며, 현재 비트코인 보상, 텍사스 산업 전력 가격, 널리 사용되는 Bitmain Antminer S21 Pro 채굴 장비 등 실제 데이터를 모델에 적용했습니다.

그 결과, 채굴자가 화석 연료 전력 대신 저렴한 잉여 재생 가능 전력을 사용할 경우, 기대대로 탄소 배출량이 감소했습니다.

하지만 여기서 끝이 아닙니다. 저자들은 운영 비용 감소가 채굴자들이 더 많은 ASIC 기계를 배치하도록 만들며, 이는 전체 전력 소비를 증가시키고 하드웨어 교체 속도를 가속화한다고 주장했습니다.

따라서 배출량은 감소할 수 있지만, 활성 채굴 장비 수가 크게 늘어나 전자 폐기물이 증가하게 됩니다.

전체 환경 결과는 탄소 배출 감소보다 전자 폐기물 증가가 더 큰 비중을 차지하게 되며, 단순히 더 깨끗한 전력만으로는 개선되지 않습니다.

흥미롭게도, 전력이 더 깨끗해질수록 이 트레이드오프는 더욱 뚜렷해집니다. 사실상 무제한에 가깝고 거의 무료인 잉여 전력이 존재하는 극단적인 경우, 모델은 탄소 배출이 0으로 떨어질 수 있지만 채굴 장비 규모가 두 배가 되고 연간 전자 폐기물도 그에 비례해 급증한다고 예측합니다.

하지만 현실은 이미 잉여 전력이 화석 연료 발전을 크게 대체하고 있는 상황에서는 추가적인 탄소 절감 효과가 감소합니다. 남은 화석 연료가 적어질수록 추가 대체의 탄소 절감 효과는 감소합니다.

전력이 이미 주로 재생 가능 에너지로 구성된 시나리오에서는, 저비용 전력이 주로 채굴 활동을 확대시키며 배출 감소에 의미 있는 영향을 주지 못합니다. 이러한 상황에서는 전자 폐기물 증가가 지속되는 반면, 탄소 감축 여지는 거의 사라지기 때문에 전체 외부 효과가 오히려 악화될 수 있습니다.

마찬가지로 채굴 하드웨어 효율성 향상과 새로운 수익원도 채굴 비용을 낮추고 네트워크 균형 규모를 확대시켜 발자국을 줄이기보다는 확대시킵니다.

이와 더불어 논문은 잠재적인 정책 대응과 그 효율성도 평가했습니다.

추천되는 정책 중 하나는 전 세계적으로 조정된 피구비안 세²를 도입하는 것으로, 이는 탄소 집약적 에너지에 대한 세금을 부과해 채굴자의 운영 비용을 상승시켜 전력 사용량과 전자 폐기물을 동시에 감소시킬 수 있으며, 비트코인의 경제적 보안을 약화시키지 않는다고 제시했습니다. 논문은 다음과 같이 덧붙였습니다:

“네트워크 내 화석 연료 기반 에너지 비중이 높을수록 비용 효과가 커지며, 외부 효과에 대한 효율성은 에너지 믹스에 따라 달라진다.”

하지만 다자간 피구비안 세를 구현하는 것은 수십 년간 큰 도전 과제로 남아 있습니다.

따라서 저자들은 세금을 일부 국가만 일방적으로 부과하면 역효과가 발생할 수 있다고 경고합니다. 비트코인 채굴은 매우 이동성이 높아 전기가 가장 저렴한 곳으로 거의 마찰 없이 이전할 수 있기 때문입니다. 세금이 없는 관할구역과 탄소 집약적 에너지로 이동하면 탄소 누출을 통해 전 세계 배출량이 증가하게 됩니다.

“일방적인 국가 규제는 비트코인의 탈중앙화 특성과 지역 규제를 회피하는 능력 때문에 외부 효과를 악화시킬 가능성이 있다”고 논문은 주장했습니다.

투자자에게 이 연구는 친환경이라고 홍보되는 기술이 저비용 운영자를 강화하고 네트워크 경쟁, 장비 노후화, 자본 요구, 규제 노출을 가속화할 수 있음을 강조합니다.

산업 전체에 대해 이 연구는 자발적인 효율성 향상이나 국가별 규제 조각에 의존해 채굴의 환경 문제를 해결하려는 접근에 경고합니다. 대신 국제적으로 조정된 탄소 가격 책정, 프로토콜 내 보상 분배 구조 재설계, 혹은 이미 이더리움이 입증한 바와 같이 PoW에서 탈피하는 보다 급진적인 옵션을 제시합니다.

주목 기업: Riot Platforms

통합 디지털 인프라 기업인 Riot Platforms (RIOT )는 비트코인 채굴 및 엔지니어링 부문을 통해 전력 자산을 개발·최적화하는 데 주력하고 있습니다.

엔지니어링 부문은 전력 배분 장비와 맞춤형 전기 제품을 제조하며, 정부·상업 고객에게 핵심 인프라를 제공하고, 유틸리티·발전·데이터 센터·대체 에너지 시장 전반에 걸쳐 서비스를 제공합니다.

Riot은 AI·HPC용 전력 용량 개발에도 참여하고 있으며, 이는 블록 보상이 지속적으로 감소하고 생산 비용이 시장 가격을 초과하는 상황에서 수익성을 유지하기 위한 산업 전반의 흐름과 일치합니다.

그리고 비트코인 채굴 부문이 있습니다. Riot은 미국 내 최대 규모의 채굴 기업 중 하나로, 시가총액이 8.179억 달러이며, 가장 저렴한 전력을 확보하고 그 비용 우위를 활용해 재무 상태와 전력망이 허용하는 한 최대한의 채굴 하드웨어를 운영하는 비즈니스 모델을 가지고 있습니다.

Riot의 시장 실적을 보면, 현재 주가는 $21.64이며 연초 대비 71.43% 상승했고, 지난 1년간 55% 상승했습니다. EPS(TTM)는 -2.58, P/E(TTM)는 -8.39입니다.

비트코인 채굴 기업의 재무 실적으로는 2026년 3월 31일 종료된 3개월 동안 총 매출이 $167.2백만으로 전년 동기 $161.4백만에서 증가했습니다.

이번 분기에 Riot은 최초로 데이터 센터 매출을 보고했으며, 이는 $33.2백만으로 임차인 설비 서비스 매출 $32.2백만과 운영 리스 매출 $0.9백만을 포함합니다.

“2026년 1분기는 Riot에게 결정적인 전환점이며, 우리는 공식적으로 수익을 창출하는 데이터 센터 운영자로 전환했습니다.”라고 CEO 제이슨 레스가 말했습니다.

더욱 중요한 점은, Advanced Micro Devices (AMD )가 Riot의 텍사스 로크데일 캠퍼스에서 용량을 확대했다는 발표였습니다. “AMD에 초기 용량을 제공하고, 25메가와트 확장으로 이미 발자국을 두 배로 늘린 결정은 가장 까다로운 임차인과도 기관 규모에서 실행할 수 있는 우리의 역량을 입증합니다.”라고 레스는 덧붙였습니다.

현재 Riot은 AMD와 계약된 50MW를 보유하고 있으며, 최대 150MW까지 확대 가능하다고 합니다. 이 계약은 10년 기간 동안 약 $636백만의 수익을 창출할 수 있습니다.

“우리는 확보된 전력, 내부 개발 전문성, 그리고 강력한 재무 자원을 보유하고 있어, 고품질 임차인과 함께 강력한 시장 수요를 활용해 주주 가치를 복리로 성장시킬 수 있습니다.”라고 레스는 강조했습니다.

엔지니어링 매출은 $22.2백만이었으며, 비트코인 채굴 매출은 2026년 1분기에 $111.9백만으로 2025년 1분기 $142.9백만에서 감소했습니다. 이 감소는 평균 BTC 가격 하락과 전 세계 네트워크 해시레이트 상승에 기인했지만, 회사의 평균 운영 해시레이트 상승으로 부분적으로 상쇄되었습니다.

회사는 해당 분기에 1,473 BTC를 채굴했으며, 감가상각을 제외한 비트코인 채굴 비용은 평균 $44,629였습니다. 이 비용은 전 세계 평균 해시레이트가 24% 상승하면서 1.87% 증가했으며, 2026년 1분기에 전력 크레딧이 169% 증가한 것이 이를 부분적으로 상쇄했습니다.

Riot은 2026년 3월 말 현재 15,679 BTC를 보유하고 있어 강력한 유동성을 유지하고 있습니다. 보유량은 15,680 BTC와 거의 동일하며, 이는 상장 비트코인 금고 기업 중 상위 10위에 들게 합니다. 다만 분기 동안 3,688 BTC를 매도했으며, 현금은 $282.5백만이며 그 중 $76.9백만은 제한된 자금입니다.

결론

지난 10년간 비트코인 채굴 산업은 더 깨끗하고 저렴한 전력을 확보하는 데 상당한 진전을 이루었습니다. 이러한 전환은 현실이지만, 새로운 연구가 지적하듯 비트코인 PoW 설계에 내재된 “생산성 함정”은 좋은 투입이 반드시 좋은 결과를 낳지는 않음을 상기시킵니다. 즉, 계산에 대한 지출을 보상하는 시스템에서는 효율성 향상이 자동으로 환경 개선으로 이어지지 않습니다.

PoW와 관련된 환경 문제를 해결하려면 단순히 더 나은 전력 공급만으로는 충분하지 않으며, 지속적인 기술 혁신, 신중한 시장 설계, 그리고 잘 조율된 정책 조치가 필요합니다.

References

1. Gill, M., Stinner, J. & Tyrell, M. Bitcoin’s productivity trap. Energy Economics, 109505 (2026). https://doi.org/10.1016/j.eneco.2026.109505
2. ScienceDirect Topics. Pigouvian Tax. https://www.sciencedirect.com/topics/economics-econometrics-and-finance/pigouvian-tax