Stromverbrauch und CO2 Ausstoß des Bitcoin Netzwerks: Eine Analyse

Stromverbrauch und CO2 Ausstoß des Bitcoin Netzwerks: Eine Analyse
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Bitcoin Energieverbrauch – Negative Folgen für unsere Umwelt?
Immer wieder entfacht der Bitcoin Energieverbrauch feurige Diskussionen. Das Mining von Kryptowährungen soll Unmengen an CO2 verursachen, da Hochleistungsrechner viel Energie aufwenden müssen. Die Erzeugung der Bitcoins soll daher nicht nur zeitintensiv sein, sondern auch negative Folgen für unsere Umwelt haben. Doch was ist Wahres an diesen Behauptungen dran? In diesem Artikel zeigen wir:
  • Wie viel Strom die Erzeugung von Bitcoins wirklich benötigt
  • Wie viel CO2 durch das Bitcoin Mining freigesetzt wird
  • Warum das Bitcoin Netzwerk mehr Strom brauch als ein kleines Land
  • Wie man den CO2 Ausstoß durch Bitcoins verringern könnte

Bitcoin Energy Consumption Index: So viel Strom verbraucht der Bitcoin

545,46 TWh
545,46 TWh davon in Deutschland
45,81 TWh
45,81 TWh
davon verbrauchte Bitcoin, also etwa 0,18% der weltweiten Stromproduktion

Im viel zitierten Bitcoin Energy Consumption Index aus dem Blog Digiconomist des Ökonomen Alex de Vries heißt es, dass derzeit die Abwicklung einer einzelnen Bitcoin-Transaktion genauso viel Energie verbraucht, wie rund 17 Haushalte an einem Tag benötigen. Mit steigender Tendenz. Somit ist der Bitcoin nicht nachhaltig – doch ist damit der Bitcoin Energieverbrauch gleich für den Klimawandel verantwortlich und ist die große Aufregung im Netz tatsächlich berechtigt?

45.810.000.000 KWh
Verbraucht das Bitcoin Netzwerk jährlich an Strom

Wie funktioniert Bitcoin Mining – und warum benötigt man überhaupt soviel Strom?

Um Bitcoins zu schürfen, wird Rechenleistung zur Transaktionsverarbeitung sowie zur Absicherung und Synchronisierung sämtlicher User im Netzwerk zur Verfügung gestellt. Das Mining lässt sich als dezentrales Bitcoin-Rechenzentrum bezeichnen, an welchem Miner aus der ganzen Welt teilhaben, welche die Bitcoin-Software installiert haben.

In diesem “Rechenzentrum” ist die gesamte Bitcoin-Blockchain enthalten. Miner werden für ihre Dienste belohnt. Wie hoch die Auszahlung der jeweiligen Bitcoin-Anteile ausfällt, ist abhängig davon, wie viel Rechenkapazität zur Verfügung gestellt wurde.

Bitcoins werden rund um die Uhr über das Bitcoin-Netzwerk transferiert, welches diese Transaktionen abwickelt. Dies geschieht, indem das Bitcoin-Netzwerk alle Transaktionen eines bestimmten Zeitraums sammelt und in einem sogenannten Block zusammenfügt.

Miner haben die Aufgabe, diese Transaktionen zu bestätigen und in ein Kontenbuch einzutragen, die Blockchain. Dafür werden Miner mit Bitcoin entlohnt. Klick um zu Tweeten

Wie hoch die Auszahlung der jeweiligen Bitcoin-Anteile ausfällt, ist abhängig davon, wie viel Rechenkapazität zur Verfügung gestellt wurde.

Die Blockchain ist eine Liste aller abgewickelten Transaktionen, mit welcher diese zu jedem Zeitpunkt nachvollzogen werden können, und zwar von jedermann. Es ist lediglich nicht einsehbar, wer eine Transaktion durchgeführt hat, womit der Bitcoin transparent und zugleich pseudo-anonym ist. Miner stellen die Funktionsweise der Blockchain sicher und dass diese nicht manipuliert wird.

Wurde ein Block von Transaktionen generiert, entnehmen Miner die Infos und wenden eine mathematische Formel an. Hierfür werden Konsens-Algorithmen genutzt und Proof-of-Work Berechnungen durchgeführt. Das Durchführen eines Proof-of-Work-Mechanismus bezeichnet man im Kontext von Blockchains als Mining. Die Miner versuchen dabei ein Ergebnis mit bestimmten Eigenschaften zu finden, indem milliardenfache Rechenoperationen ausgeführt werden.

81.388.604
81.388.604
Bitcoin Transaktionen wurden im Jahr 2018 durchgeführt.
562 KWh
562 KWh
verbraucht eine einzelne Bitcoin Transaktion.

 

Die Miner führen sozusagen einen Wettkampf um die Coins, da sie bei der Suche nach neuen Blocks miteinander konkurrieren. Etwa alle 10 Minuten werden neue Blöcke zur Bitcoin-Blockchain hinzugefügt. Die Miner müssen sich hierbei nicht gegenseitig vertrauen, sondern können sich einfach auf den Code verlassen, mit dem die Bitcoin-Transaktion durchgeführt wird. Dieser Code enthält verschiedene Regeln, mit welchen neue Transaktionen validiert werden.

Transaktionen können beispielsweise nur gültig sein, wenn der Absender tatsächlich den gesendeten Betrag besitzt. Alle Miner bestätigen, ob eine Transaktion den Regeln entspricht, sodass man sich nicht auf andere Miner verlassen muss. Der erste Miner, der die Lösung findet, erhält die Vergütung. Transaktionen werden in eine kurze Aneinanderreihung von Zahlen und Buchstaben umgewandelt, was auch als Hash bezeichnet wird. Dieser Hash wird dann am Ende der Blockchain aufbewahrt. Etwa alle 10 Minuten werden neue Blöcke von Minern zur Bitcoin-Blockchain hinzugefügt.

Mining macht es möglich, dass keine zentralen Vermittler gebraucht werden, um Vertrauen zwischen zwei Unbekannten herzustellen und Informationen vor Datenklau und Zensur zu schützen.

Die zu lösenden Krypto-Berechnungen werden jedoch ständig schwerer, sodass sich allein im Jahr 2018 die Rechenleistung, die für einen Bitcoin benötigt wird, vervierfacht hat. Da Mining komplett ortsunabhängig und dezentral ist, werden die meisten Bitcoin-Mining-Farmen dort errichtet, wo es günstigen Strom gibt. Denn je günstiger der Strom, desto mehr Gewinn können Bitcoin-Miner machen.

562 KWh pro Transaktion: Was man mit dieser Menge Energie sonst so machen könnte

562 KWh sind eine gigantische Menge Strom – etwa soviel wie ein 4-Personen Haushalt in 2 Monaten verbraucht. Mit dem Strom, der für eine einzige Bitcoin Transaktion benötigt wird, könnte man die folgenden Dinge tun:

Kaffee
19.670
Tassen Kaffe (ca. 300 ml) könnten gebrüht werden
Fernsehen
350 Tage
am Stück ununterbrochen mit einem LED-Fernseher fernsehen.
Hemden
8.430
Hemden bügeln.

 

Der ökologische Fußabdruck des Bitcoin

Der Energieverbrauch des Bitcoin wird gerne als das größte Problem der Kryptowährung bezeichnet. Viele Bitcoin-Farmen befinden sich in Regionen, die verstärkt auf Kohlekraft angewiesen sind, wie zum Beispiel China. Aus einer Studie aus dem Jahr 2017 von Garrick Hileman und Michel Rauchs geht hervor, dass Mining-Farmen, die ungefähr die Hälfte der gesamten Bitcoin-Hashs erzeugen, einen Gesamtverbrauch von rund 232 Megawatt aufweisen.

 

Davon entfiel etwa die Hälfte des Verbrauchs auf chinesische Bitcoin-Mining-Farmen. Mit dieser Information erhält man eine ungefähre Vorstellung des CO2-Verbrauchs, der beim Bitcoin-Mining verursacht wird. Eine ähnliche Studie von Rauchs et al., die ein Jahr später durchgeführt wurde, kamen die Forscher zu dem Ergebnis, dass die erfassten Mining-Farmen einen Gesamtenergieverbrauch von 1,7 Gigawatt aufweisen. Schätzungen zufolge sollen alle Krypto-Mining-Farmen mit 5,9 bis 12,7 Gigawatt betrieben werden.

Neben dem zu hohen Bitcoin Energieverbrauch scheint es also ein weiteres Problem zu geben, welches darin liegt, dass es nicht möglich ist, den tatsächlichen Stromverbrauch konkret zu messen, da keine vollständigen Daten vorliegen.

Denn der Bitcoin ist – sowie jede andere digitale Währung auch – ein dezentrales Projekt. Bitcoins werden nicht über die Rechenzentren von Unternehmen, sondern über viele einzelne Computer geschürft, die sich rund um die Welt befinden. Deshalb gibt es keine Institution, die eine Statistik darüber führen könnte, wie viel Energie zu welchem Zeitpunkt und aus welcher Quelle in das Bitcoin-Netzwerk geflossen ist.

Wie viel Rechenleistung in Summe von allen angeschlossenen Bitcoin-Mining-Computern zur Verfügung gestellt wird, kann das Netzwerk zwar erfassen, jedoch kann es nicht erfassen, wie effizient diese arbeiten, wo ihr Standort ist und mit welchem Strom sie betrieben werden.

22.000.000.000 kg CO2
oder mehr werden jährlich durch das Bitcoin Netzwerk verursacht

 

Vergleich: Soviel Megatonnen CO2 verursacht die Bitcoin Produktion

Ob eine Bitcoin-Transaktion nun durch Geothermie durchgeführt wurde, die auf Island ohnehin vorhanden ist oder ob vergleichsweise schmutziger Kohlestrom aus der Mongolei genutzt wurde, lässt sich nicht nachvollziehen. Somit kann man den genauen Bitcoin Energieverbrauch nur schätzen. Die Schätzungen gehen somit weit auseinander. Aktuell soll der Bitcoin Energieverbrauch pro Jahr zwischen neun und 45 Terawattstunden liegen. Um diesen Energiebedarf zu decken, werden im Jahr rund 22 Megatonnen Kohlendioxid freigesetzt. Der CO2-Fußabdruck des Bitcoin entspricht somit dem der Stadt Hamburg oder dem eines kleinen Landes, wie Jordanien zum Beispiel.

Stromverbrauch in MegatonnenIm Vergleich zu Bitcoin
Bolivien17,880,91%
Estland19,488,18%
Bahrain20,593,18%
Kroatien20,794,09%
Libanon21,195,91%
Bitcoinca. 22100%
Joardanien22,3101,37%
Jemen22,6102,73%
Domenikanische Republik23,4106,37%
Tunesien24,3110,45%
Angola25113,64%
19,4
Estland
20,7
Kroatien
22,1
Bitcoin
22,3
Jordanien
29,8
London

 

Vergleich des Bitcoin Energieverbrauchs zu anderen Zahlungssystemen

Interessant ist auch, wie hoch der Energieverbrauch des Bitcoin-Netzwerks im Vergleich zu dem anderer Zahlungssysteme, wie zum Beispiel Kreditkartenzahlungen, ist.

Der Zahlungsanbieter Visa verbraucht nach eigenen Aussagen weltweit etwas mehr als 650.000 Gigajoule Energie. Somit entspricht der Energiebedarf von Visa dem von rund 17.000 US-amerikanischen Haushalten. Bekannt ist außerdem, dass Visa im Jahr 2017 rund 111,2 Milliarden Transaktionen verarbeitet hat. Somit kann aufgezeigt werden, dass Bitcoin viel energieintensiver pro Transaktion ist als Visa.

Denn Bitcoin schafft am Tag nur an die 400.000 Transaktionen, was ca. 3 bis 4 Transaktionen pro Sekunde entspricht. Eine Bitcoin Transaktion benötigt ca. 562 KWh. Ende 2017 machte Bitcoin mit 490.000 Transaktionen seinen bisherigen Rekord. Visa hingegen schafft ca. 150 Mio. Transaktionen pro Tag und rund 1700 Transaktionen pro Sekunde, bei Mastercard sind es täglich rund 90 Mio. Transaktionen.

 

 

Auch der Zahlungsanbieter PayPal schafft mit ca. 5 Mio. Transaktionen pro Tag und 60 Transaktionen pro Sekunde weitaus mehr als Bitcoin und das zu geringeren Kosten. Im Vergleich zu den von Western Union abgewickelten Transaktionen macht die Anzahl der Bitcoin Zahlungstransaktionen lediglich 1 Prozent aus. Im Vergleich zu anderen Zahlungssystemen verlaufen Zahlungen mit Bitcoins sehr langsam und bringen auch höhere Transaktionsgebühren mit sich.

Da die Blockchain deutlich weniger Transaktionen verarbeiten kann als die Banksysteme, kann es bei einem Bezahlvorgang immer wieder zu Verzögerungen kommen. Warum nur so wenige Transaktionen möglich sind, liegt darin begründet, dass jede Transaktion Speicherplatz benötigt und jede Transaktion in einem Block gespeichert wird. Jeder Block verfügt nur über einen begrenzten Platz und da alle zehn Minuten ein neuer Block berechnet wird, gibt es ein Limit von Transaktionen pro Zeiteinheit.

Kritik am Energieverbrauch des Bitcoin zu äußern ist wohl einfach, da es so offensichtlich ist. Doch auch die Erzeugung, die Aufbewahrung und der Transport von Gold verursachen einen hohen Energieverbrauch, sowie das Drucken von Banknoten und Münzen und die Herstellung von Kredit- und Kundenkarten. Dennoch bringen diese Vergleiche nichts, da man stets die langfristigen Auswirkungen und die Möglichkeiten einer Technologie betrachten sollte, um die Dinge angemessen bewerten zu können. Fest steht, dass Kryptowährungen auf dezentralen Technologien basieren, die zentrale Instanzen überflüssig machen und somit Einflüsse des Staats verhindern. Ist der hohe Energieverbrauch etwa der Preis dafür, dass keiner dritten Partei vertraut werden muss? Doch der Preis muss gar nicht so hoch sein, da es auch Alternativen gibt.

Welche Alternativen gibt es?

Neben dem Proof-of-Work, den ersten Konsens-Algorithmus, der sich bewährt hat, gibt es auch einen weiteren Konsens-Algorithmus. Der Proof-of-Stake wurde in den letzten Jahren als energieeffizienterer Algorithmus entwickelt. Beim Proof-of-Stake sind es vermehrt die Coin-Besitzer, die die Blöcke herstellen und nicht die Miner. Es müssen nicht Millionen von Prozessoren beschäftigt werden, denn beim Proof-of-Stake-Verfahren wird per Zufall ein Teilnehmer ausgewählt. Dieser muss dann eine bestimmte Anzahl an Bitcoin als Pfand hinterlegen. Auf diese Weise sollen mögliche Betrugsversuche verhindert werden. Daher werden keine stark energieverbrauchenden Geräte benötigt, die so viele Hashes pro Sekunde wie möglich produzieren. Im Vergleich zum Proof-of-Work ist der Energieverbrauch beim Proof-of-stake folglich geringer.

Der Bitcoin könnte eigentlich auf einen solchen Konsens-Algorithmus umsteigen, um nachhaltiger zu werden. Jedoch hat sich von den vielen existierenden Versionen von Proof-of-Stake noch keine vollständig bewährt. Die Weiterarbeit an solchen Algorithmen birgt jedoch Hoffnung. Die zweitgrößte Kryptowährung Ethereum hat bereits Anfang des Jahres verkündet, dass man auf den energiesparenderen Hash-Algorithmus Proof-of-Stake umsteigen und dadurch den Energieverbrauch um 99 Prozent reduzieren möchte. Beim Mining der Digitalwährung Ethereum werden etwa neun Megajoule an Energie benötigt, um einen US-Dollar als Gegenwert zu erzeugen. Doch die Einführung des Proof-of-Stake-Verfahrens wurde bereits mehrfach verschoben. Weil diese Debatte wohl auch konträr zu den wirtschaftlichen Interessen der Miner liegt, spielt sie in der Bitcoin-Szene keine allzu große Rolle.

Wie kann man den Energieverbrauch des Bitcoin einschätzen?

42.000 KWh
werden für das Mining eines einzigen Bitcoins benötigt

 

Wie der Ökonom Vries schätzt, sind rund 42.000 KWh nötig, um einen einzigen Bitcoin zu schürfen. Dieser Wert basiert jedoch auf der Annahme, dass alle Miner die effizienteste Bitcoin-Mining-Hardware nutzen, wie etwa einen sogenannten Asic-Miner. Doch längst nicht jeder Miner verfügt über solch eine effiziente Bitcoin-Hardware. Mining wird ebenso von zahlreichen privaten Bitcoin-Mining-Computern betrieben, weshalb der tatsächliche Energieverbrauch von Vries noch viel höher eingeschätzt wird. Hinzu kommt, dass es kein zentrales Register für alle aktiven Maschinen und deren genauen Energieverbrauch gibt. Wurde der Energieverbrauch in Vergangenheit geschätzt, basierten die Schätzungen auf einer Annahme, welche Maschinen noch aktiv genutzt wurden und wie sie verteilt waren, um eine bestimmte Anzahl von verbrauchten Gigahash pro Sekunde zu ermitteln.

Da im Rahmen dieser Schätzungen jedoch relevante Faktoren wie das Klima, die Kühlkosten und die Verlässlichkeit der Maschine außer Acht gelassen wurden, kann der Energieverbrauch des Netzwerks nicht korrekt geschätzt werden. Alternativ könnte man dem Bitcoin Energy Consumption Index zufolge den Energieverbrauch aus einer wirtschaftlichen Perspektive betrachten. Da die Stromkosten einen Großteil der laufenden Kosten ausmachen, muss der Stromverbrauch des Bitcoin-Netzwerks auch mit dem Einkommen der Miner in Beziehung stehen. Wenn die Mining-Einnahmen höher sind, können auch kostenintensive Maschinen gefördert werden. Indem man also die Mining-Einnahmen kalkuliert und einschätzt, wie viel davon für den Stromverbrauch abgezogen werden muss und man herausfindet, wie viel die Miner pro KWh verbrauchen, kann mit diesen Daten der Bitcoin Energieverbrauch eingeschätzt werden.

Kritische Stimmen zum Wirtschaftsansatz

Viele Experten kritisierten diesen Ansatz und sind der Meinung, dass man mit Wirtschaftsmodellen keine genauen Aussagen zum Bitcoin Energieverbrauch machen kann. Tatsache ist jedoch, dass diese Methodik, die dem Energy Consumption Index zugrunde liegt, seit Mai 2018 in der Fachliteratur anerkannt ist. Die Studie ist im Fachmagazin „Joule“ erschienen und wurde von unabhängigen Gutachtern geprüft. Ein Rückblick auf das Jahr 2018 ermöglicht eine Überprüfung der Hauptprognosen, die aus dem Wirtschaftsmodell hervorgingen. Das Wirtschaftsmodell sagte voraus, dass der Bitcoin Energieverbrauch auf das Niveau des Stromverbrauchs Österreichs ansteigen könnte.

 

Der Stromverbrauch in Österreich beträgt jährlich rund 72 TWh. Basierend auf den Daten, die im März 2018 verfügbar baren, ging hervor, dass dieses Niveau Ende 2018 erreicht werden würde. Zu diesem Zeitpunkt entsprach der Energieverbrauch des Netzwerks dem elektrischen Verbrauch Irlands, der 27 TWh pro Jahr beträgt. Bemerkt werden muss, dass damals im März der Preis des Bitcoin im Vergleich zum Höchststand einige Monate zuvor um 60 Prozent gefallen war. Folglich minderte sich das Einkommen der Miner enorm. Miner erhalten sowohl eine fixe Anzahl an Coins als auch einen variablen Betrag an Gebühren für das Mining von einem Block. Trotz dieser Tatsache, stand die Annahme im Raum, dass der Bitcoin Energieverbrauch weiter ansteigen könnte.

Doch hat sich die Annahme realisiert? Im weiteren Verlauf des Jahres 2018 stieg die Hashrate des Netzwerks von rund 25 Exahashes pro Sekunde im März 2018, zum Zeitpunkt der Prognose, auf einen Höchstwert von 56,8 Exahashes pro Sekunde im vierten Quartal 2018. Kommt hierbei der Antminer S9 von Bitmain zum Einsatz, die meist genutzte und effizienteste Maschine, die rund 0,097 Joule pro Gigahash verbraucht, sind dies pro Jahr 49 TWh. Selbstverständlich stimmen diese Werte nicht mit dem Energieverbrauch weniger effizienteren Maschinen im Netzwerk überein. Doch dieser Faktor wird in der Berechnung des Energieverbrauches nicht beachtet. Bitmain besitzt zwar einen hohen Marktanteil, ist jedoch nicht der einzige Hersteller von Mining-Geräten. Auch weitaus weniger effiziente Maschinen kommen zum Einsatz, wie zum Beispiel der Antminer T9, der rund 25 Prozent mehr Strom verbraucht als der Antimer S9.

 

 

Selbst die besten alternativen Maschinen verbrauchen an die 10 Prozent mehr Strom als der Antminer S9 pro Gigahash Rechenleistung. Schließt man diese Faktoren in die Berechnung des Stromverbrauches ein, ist ein jährlicher Verbrauchswert unter 72 TWh zu Beginn des vierten Quartals 2018 eher unwahrscheinlich. Hinsichtlich dieser Tatsache macht der wirtschaftliche Ansatz zur Berechnung des Energieverbrauchs durchaus Sinn. Oder aber man bezieht die zusätzlichen Faktoren in seine Forschungen mit ein, so wie es die Wissenschaftler der Technischen Universität München und des Massachusetts Institute for Technology nun getan haben. Ihre Studie wurde ebenfalls in der Fachzeitschrift „Joule“ veröffentlicht.

Die Forscher haben errechnet, wie groß der ökologische Fußabdruck der Mining-Geräte ist. Rechner, die Bitcoin erstellen, verbrauchten im November 2018 etwa 45,8 Billionen Wattstunden pro Jahr. Dies führt zu einem Ausstoß von 22 bis 22,9 Millionen Tonnen Kohlendioxid (CO2) pro Jahr. Diese Werte liegen zwischen denen Jordaniens und Sri Lankas. Zur Erinnerung: Der Ökonom Vries schätzte, dass rund 42.000 KWh benötigt werden, um einen einzigen Bitcoin zu schürfen. Um den Energieverbrauch der Mining-Geräte zu schätzen, nutzten die Wissenschaftler aus München die Daten der Bitcoin Mining-Hardware-Hersteller Bitmain, Canaan und Ebang, welche im Rahmen von Börsengängen öffentlich gemacht wurden. Anhand dieser Daten ließen sich Marktanteile ermitteln und Rückschlüsse auf die genutzte Bitcoin-Hardware ziehen. Die Forscher untersuchten die Verteilungsstatistiken in den großen Bitcoin Mining-Pools, um abschätzen zu können, ob Mining eher im kleinen oder großen Stil betrieben wird.

72.994.256.000.000.000.000
Rechenoperationen leistet das Bitcoin Netzwerk – pro Sekunde

Sie ermittelten die Standorte der Bitcoin-Mining-Computer anhand von IP-Adressen der Bitcoin-Miner, sowie der Geräte und des Internet-Knotens, die mit dem Mining in Verbindung stehen. Hierfür nutzten die Forscher die Daten der Bitcoin Mining-Pools, wo die Miner ihre Rechenleistung zusammengeschlossen haben, um bei der Lösung von Rechenaufgaben schneller an die Reihe zu kommen. Sie nutzten außerdem die Daten von aktiven Mining-Rechnern sowie von Knoten des Bitcoin-Netzwerks, die zuerst neue Blöcke produzierten. Zudem errechneten die Forscher den CO2-Fußabdruck für den Rechnerbetrieb, indem sie ermittelten, wie viel Strom über Kohlekraftwerke erzeugt wird. Der Stromverbrauch für die Kühlung und für zusätzliche Geräte wurde in der Berechnung beachtet.

Die Forscher fanden zudem heraus, dass zwei Drittel aller Miner aus asiatischen Ländern kommen, vor allem aus China. Rund 17 Prozent stammen aus Europa und 15 Prozent aus Nordamerika. Mithilfe der IoT-Suchmaschine Shodan konnten rund 2200-Bitmain-Rechner ermittelt werden. Diese verteilen sich etwa zu 19 Prozent in den USA, zu 16 Prozent in Venezuela und lediglich zu 4 Prozent in China. Diese Informationen wurden in der Berechnung der CO2-Bilanz der Stromversorgung in diesen Ländern mit einkalkuliert. Die Bilanz sähe wohl anders aus, wenn die Miner zum Großteil in Schweden sitzen würden, wo die Energie überwiegend aus erneuerbaren Quellen kommt. Es wurde außerdem mit einkalkuliert, dass in China rund die Hälfte der Miner im Süden schürft, der besonders reich an Wasserkraft ist. Die zweite Hälfte sitzt im Norden, der eher mit Kohlekraft versorgt wird.
Die Wissenschaftler aus München sehen als Grund für die abweichenden Zahlen bisheriger Studien die unterschiedlichen wissenschaftlichen Vorgehensweisen. Die Daten bisheriger Studien basierten auf zahlreichen Schätzungen. Die Daten der Studie der Münchner TU und des Massachusetts Institute for Technology sollen nun eine detaillierte Kalkulation bieten.

Wie soll man mit dem steigendem Bitcoin Energieverbrauch umgehen?

Die Rechenaufgaben, welche gelöst werden müssen, um neue Blöcke zur Blockchain hinzufügen zu können, wurden in den vergangenen Jahren immer komplexer. Die Schwierigkeit der Berechnung passt sich rund alle 14 Tage der Mining-Rechenleistung der Bitcoin Hardware an. Da Mining-Geräte immer effizienter werden, ist die Hashing-Leistung, sowie die Schwierigkeit der Rechenrätsel und auch der Stromverbrauch erheblich gestiegen. Mining lohnt sich quasi nur noch im großen Stil eines Bitcoin Mining-Pools. Anfang 2011 konnte ein Miner mit einem aktuellen Grafikprozessor (zwei Gigahash/Sek) erwarten, pro Tag mehr als zwei Blöcke zu finden. Ende 2018 konnte ein Miner mit der Technik von 2011 aufgrund der komplexeren Rechenaufgaben damit rechnen, alle 472.000 Jahre einen Block zu finden. Selbst mit der aktuell leistungsstärksten Bitcoin Mining Hardware mit 44.000 GH/s kann man lediglich erwarten, alle 21 Jahre einen Block zu entdecken. Aus diesem Grund müssen viele Systeme parallel laufen.

Das Handelsvolumen erreichte im Mai 2019 neue Jahreshöchststände, was am wachsenden Interesse institutioneller Anleger und den Bemühungen großer Finanzdienstleister wie dem United States Loyalty Fund liegt, der neue Anlagemöglichkeiten in Digitalwährungen bereitstellt. Und mit den steigenden Preisen und dem verstärkten Krypto-Handel ist auch der Bitcoin Energieverbrauch wieder angestiegen. Derzeit verbraucht das Bitcoin-Netz so viel Strom wie die Schweiz. Die Wissenschaftler der Technischen Universität München und des Massachusetts Institute for Technology haben ermittelt, dass sich das CO2-Äquivalent des Bitcoin im Ranking der globalen Emittenten zwischen Rang 82 und 83 befindet. Selbst wenn der Klimawandel durch bedeutendere Faktoren wie den Bitcoin Energieverbrauch beeinflusst wird, ist der CO2-Fußabdruck groß genug, um politisch über eine geringere Stromproduktion zu diskutieren.

Mögliche Lösungswege, um den CO2-Ausstoß zu vermindern

 

Regenerative Energien
Die Nutzung regenerativer Energien würde den CO2 Ausstoß deutlich senken.
PoS statt PoW
Eine Änderung des Mining-Algorithmus würde den Stromverbrauch deutlich senken.
Politische Lösungen
Mit der Einschränkung und Regulierung von Mining und erlaubten Stromquellen könnte der CO2 Ausstoß reguliert werden.

 

  • Nutzung regenerativer Energien: Eine vermehrte Nutzung regenerativer Energien würde zwar nicht zur Verminderung des Stromverbrauches führen, allerdings könnte der CO2-Ausstoß so verringert werden. Da die Profitabilität des Minings immens von den Stromkosten abhängt, wird dieser Wechsel geschehen, sobald Strom aus regenerativen Quellen günstiger bezogen werden kann, als z.B. Kohle oder Gas.
  • Proof of Stake statt Proof of Work: Eine Möglichkeit, den Energieverbrauch des Netzwerkes zu regulieren, wäre die Methodik zur Mining von Proof of Work auf einen Proof of Stake Ansatz zu ändern. Da dies allerdings mit einer weitgreifenden Änderung des Protokolls einhergehen würde, dem die Mehrheit der Miner zustimmen müsste, ist diese Lösung eher unwahrscheinlich.
  • Politische Lösungen: Um die CO2-Bilanz des Bitcoin Minings zu reduzieren, müssen politische Konsequenzen gefordert werden. Eine Lösung wäre, Krypto-Mining an Standorten mit CO2-intensiven Stromverbrauch zu regulieren und Mining-Farmen vor allem in Regionen zu verlegen, in denen reichlich Strom aus erneuerbaren Energien vorhanden ist. Mining-Farmen könnten dazu verpflichtet werden, ihre Energie vermehrt aus erneuerbaren Quellen zu beziehen. Beispielsweise aus Erdwärme, Wind oder Sonne. Eine Lösung auf diesem Wege ist aber eher unrealistisch, da eine internationale Koordination und Bewertung des CO2-Ausstoßes notwendig wäre – was aktuell nicht mal im Hinblick auf die globale Erwärmung funktioniert.

Fazit: Der Stromverbrauch wird eher mehr, der CO2 Ausstoß könnte aber sinken

Tatsache ist, dass die Produktion von Bitcoin sehr viel Energie benötigt. Denn Bitcoin entstehen durch Mining, einem Vorgang, bei dem Computer ein kompliziertes mathematisch kryptografisches Rätsel (Proof-of-Work) lösen müssen, was sehr viel Rechenleistung und somit Strom braucht. Doch wie viel Energie beim Bitcoin-Mining insgesamt verbraucht wird, lässt sich nur näherungsweise ermitteln. Doch durch den hohen Stromverbrauch des Minings wird die Erwärmung unserer Ozeane nicht gleich ins Unermessliche steigen. Selbstverständlich ist der Stromverbrauch problematisch, bedeutet aber nicht gleich das Ende der Ära der Kryptowährungen. Denn Strom kommt bekanntlich von Kraftwerken und nicht aus der Steckdose. Neue Kraftwerke werden so konstruiert, dass sie in den kommenden Jahrzehnten den vermuteten Bedarf im Umkreis decken können. Einige Jahre liefern diese Kraftwerke mehr Strom als benötigt wird, welcher dann günstig abverkauft wird. Strom kommt natürlich auch von Kohlekraftwerken in China, allerdings nutzen Miner in China auch billigen Strom aus Wasserkraftwerken. Zudem verkünden immer mehr Firmen in Nordeuropa oder Nordamerika, dass sie Wasserkraft zum Bitcoin-Mining nutzen wollen.

Außerdem: Die Vorgänge des Minings laufen nach festen Regeln ab. Alle 10 Minuten wird ein neuer Block an die Blockchain gehängt. Doch die Anzahl der im Block beinhalteten Transaktionen hat nichts mit dem Energieverbrauch zu tun, weshalb die Kosten für das Bitcoin Mining auch nicht steigen werden, wenn mehr Leute Bitcoin nutzen. Miner wollen Profit machen und werde daher immer so energieeffizient wie möglich arbeiten. Außerdem verkleinert sich alle vier Jahre die Belohnung für das Minen, sodass wieder günstigere und effizientere Energiequellen gesucht werden, wie es bereits zahlreiche Mining-Farmen in Island tun, wo die kalte Luft zur Kühlung der Miner genutzt wird und Energie aus Erdwärme genutzt wird.

Quellen

Letztes Update:

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Martin Schwarz

MSc. in Wirtschaftsinformatik mit Schwerpunkt auf asymetrische Kryptographie und M2M-Kommunikation. Ich bin seit 2015 im Bereich Bitcoin und Kryptowährungen unterwegs.