Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/kryptomining-wie-bitcoin-die-klimakrise-anheizt-1909-143911.html    Veröffentlicht: 18.09.2019 09:09    Kurz-URL: https://glm.io/143911

Kryptomining

Wie Bitcoin die Klimakrise anheizt

Die Kryptowährung Bitcoin baut darauf, dass Miner darum konkurrieren, wer Rechenaufgaben am schnellsten löst. Das braucht viel Strom - und führt dazu, dass Bitcoin mindestens so viel Kohlendioxid produziert wie ein kleines Land. Besserung ist derzeit nicht in Sicht.

Bitcoin ist nicht nur eine kryptografisch abgesicherte Währung, sondern auch ein enormer Stromverbraucher und Klimakiller. Der Grund dafür liegt in der Architektur von Bitcoin, dem sogenannten Proof of Work. Bitcoin-Verfechter ignorieren das Problem entweder oder verweisen auf einen hohen Anteil erneuerbarer Energien, doch die Argumente überzeugen kaum. Eine Lösung für das Problem ist zumindest vorerst nicht in Sicht.

Zentral für das Funktionieren von Bitcoin ist die Blockchain, die im Grunde nur ein großes Logfile ist, in dem verzeichnet wird, wer wem Geld transferiert. Entscheidend für den Energieverbrauch ist, wie neue Daten in die Blockchain aufgenommen werden. Die Bitcoin-Schürfer berechnen dabei um die Wette bestimmte kryptographische Aufgaben, dabei wird die kryptographische Hashfunktion SHA256 verwendet.

Mehr Rechenleistung wird mit Bitcoin belohnt

Je mehr Rechenleistung man dafür aufwendet, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit, den nächsten Block zu bestätigen, da man gute Chancen hat, als erster die Aufgabe zu lösen. Und wer einen neuen Block bestätigt, erhält als Belohnung Bitcoin. Zum einen wird so mehr Währung generiert, zum anderen erhält der erfolgreiche Miner alle Transaktionsgebühren für Transaktionen, die im neuen Block verzeichnet sind. Sprich: Wer mehr Rechenpower aufwendet, um sinnlose Rechnungen zu lösen, erhält am Ende Geld in Form von Bitcoin.

Das Minen hat sich über die Jahre professionalisiert. Während es früher noch üblich war, auf dem eigenen PC oder der Grafikkarte Miningoperationen auszuführen und damit ein Stück vom Bitcoin-Gewinn abzuzweigen, lohnt sich das heute nicht mehr. Bitcoin-Miner verwenden Spezialhardware mit ASICs, die nur darauf ausgelegt sind, möglichst schnell die notwendige Hashfunktion zu berechnen.



So viel Kohlendioxid wie Dänemark oder Neuseeland

Bei der Abschätzung sowohl des Stromverbrauchs als auch der Treibhausgasbilanz von Bitcoin gibt es große Unsicherheiten. Niemand weiß genau, welche Hardware die weltweit verteilten Miner benutzen und woher sie ihren Strom beziehen. Dazu kommt, dass jede Schätzung nur eine Momentaufnahme ist. Die Preise von Bitcoin ändern sich oft erheblich innerhalb kurzer Zeit - und parallel dazu steigt und sinkt der Stromverbrauch, da sich das Minen vor allem bei hohen Preisen lohnt.

Eine relativ detaillierte Abschätzung über den Stromverbrauch von Bitcoin und dessen Herkunft veröffentlichte ein Team der Technischen Universität München im Juni in der Fachzeitschrift Joule. Mit der Studie versuchen die Experten, die Herkunft des Stroms anhand von IP-Adressen zu bestimmen. Dabei verwendet das Team zum einen öffentliche Informationen von Mining-Pools, zum anderen konnte es über die Suchmaschine Shodan Bitcoin-Mining-Geräte, die mit dem Internet verbunden sind, lokalisieren. Außerdem hatten die Studienautoren Zugriff auf Daten von Herstellern von Bitcoin-Hardware und deren Kunden.

Den Stromverbrauch setzt die Studie der Münchner Forscher bei 46 Terawattstunden pro Jahr an. Abgeglichen mit dem Strommix der jeweiligen Länder kommt die Studie auf einen Kohlendioxidausstoß durch das Bitcoin-Mining von 22 Megatonnen pro Jahr. Damit ist Bitcoin für so viele Kohlendioxidemissionen verantwortlich wie ein kleines Land, vergleichbar sind etwa Bolivien (20 Megatonnen) oder der Sudan (21 Megatonnen).

Was berücksichtigt werden muss: Die Münchner Studie bezieht sich auf den Stromverbrauch im November 2018 und damit auf einen Zeitpunkt, zu dem der Bitcoin-Preis mit etwa 5.000 Dollar vergleichsweise niedrig war. Aktuell wird ein Bitcoin für mehr als 10.000 Dollar gehandelt.

Der Bitcoin Energy Consumption Index des Ökonomen Alex de Vries schätzt den aktuellen Stromverbrauch auf jährlich 73 Terawattstunden, der Cambridge Energy Consumption Index, ein Projekt der dortigen Universität, kommt mit 71 Terawattstunden auf ähnliche Werte. Damit dürfte der Kohlendioxidausstoß von Bitcoin bei aktuellen Preisen eher vergleichbar mit Ländern wie Dänemark (33 Megatonnen) oder Neuseeland (36 Megatonnen) sein.

Fast nur erneuerbare Energien?

Bitcoin-Verfechter argumentieren häufig, dass ein Großteil der Mining-Aktivität aus erneuerbaren Energien gespeist werde. Coinshare, eine Firma, die Investments in Kryptowährungen anbietet, gab in einem Report aus dem November 2018 an, dass mehr als 70 Prozent der von Bitcoin verbrauchten Elektrizität aus erneuerbaren Energien stamme.

Bei dem Report von Coinshare handelt es sich nicht um eine wissenschaftliche Publikation, sie wurde keinem Peer-Review unterzogen. Direkt vergleichen lässt sie sich mit der Studie der Münchner Universität nicht, da dort keine Kohlendioxidemissionen angegeben sind.

Der Hauptunterschied zwischen der Einschätzung von Coinshare und anderen Studien liegt in der chinesischen Region Sichuan, wie in einem Artikel auf Wired.com erläutert wird. In Sichuan wird Strom zu einem Großteil aus Wasserkraft gewonnen. Coinshare geht davon aus, dass 80 Prozent der chinesischen Miner in Sichuan zuhause seien, das Team der Universität München sieht dort nur 58 Prozent der Miner.

Doch selbst wenn Bitcoins auf Basis erneuerbarer Energien geschürft würden, ist das nicht unbedingt unproblematisch oder emissionsfrei.



Nur gestrandete Erneuerbare?

Wenn beispielsweise ein Bitcoin-Miner mit Strom aus einem nahegelegenen Windpark betrieben wird, würde das zumindest zunächst nicht dazu führen, dass dort die Kapazitäten erhöht würden. Vielmehr würde dann in der Regel an anderer Stelle im Stromnetz der fehlende Strom durch flexible Kraftwerke ausgeglichen, und das sind meist fossile Kraftwerke.

Diese Verdrängungseffekte sind schwer zu modellieren, aber sie bestehen in jedem Fall. Coinshare argumentiert jedoch, dass nicht nur ein Großteil des Bitcoin-Minings mit erneuerbaren Energien stattfinde, sondern dass es sich überwiegend um sogenannte gestrandete erneuerbare Energien handele. Gemeint sind damit Anlagen, die mehr Strom produzieren, als das Netz gerade aufnehmen kann. Ein Beispiel ist wieder die chinesische Region Sichuan. In der dortigen Regenzeit wird in Wasserkraftwerken mehr Strom erzeugt als abgenommen werden kann.

Auch der Verweis auf gestrandete Erneuerbare erscheint eher fragwürdig. Alex de Vries verweist in einer weiteren Publikation in der Fachzeitschrift Joule darauf, dass die meisten Miner ihre Hardware vermutlich in Jahreszeiten, in denen weniger überschüssiger Strom verfügbar ist, nicht abschalten.

Stattdessen dürften sie mit der zu diesem Zeitpunkt in Sichuan verfügbaren Energie betrieben werden, und das ist in der Regel Kohle. Coinshare selbst verweist darauf, dass einige Miner sogar ihre Hardware zu diesen Zeiten in andere Regionen mit vergleichsweise billigem Strom transportieren, beispielsweise in die innere Mongolei. Auch dort kommt der Strom primär aus Kohlekraftwerken.

Mittelfristig ist eine sinnvollere Nutzung gestrandeter Stromerzeugung notwendig

Doch selbst die reine Nutzung von gestrandeten erneuerbaren Energien ist nicht zwangsweise unproblematisch. Denn langfristig ist es natürlich nicht erstrebenswert, dass größere Mengen an vergleichsweise ökologisch erzeugter Energie verschwendet werden. Sinnvoll wäre es vielmehr, diese anderweitig zu nutzen. Naheliegend wäre etwa, die Stromnetze in den entsprechenden Regionen besser auszubauen, damit ungenutzter Strom anderswo verwendet werden kann.

Für eine klimafreundlichere Energieversorgung ist es langfristig nicht nur wichtig, die Stromerzeugung auf erneuerbare Energien umzustellen, auch andere Bereiche müssen dekarbonisiert werden. Eine vieldiskutierte Möglichkeit hierfür ist die sogenannte Sektorkopplung: Andere Energieverbraucher müssen direkt oder indirekt ebenfalls Strom aus erneuerbaren Energien nutzen. Auch chemische Grundstoffe müssen künftig aus nichtfossilen Quellen erzeugt werden.

Möglich ist dies etwa, indem überschüssiger Strom genutzt wird, um Wärme zu erzeugen und damit zu heizen. Mit entsprechender Speichertechnologie muss diese auch nicht sofort genutzt werden. Auch kann mit überschüssigem Strom Wasserstoff oder synthetischer Kraftstoff produziert werden, wenngleich das vergleichsweise ineffizient ist. Aus all dem folgt, dass es zumindest mittelfristig nicht das Ziel sein kann, überschüssigen Strom für weitgehend sinnlose Rechenoperationen zu verwenden - denn dafür ist er viel zu wertvoll.

Bricht Bitcoin alleine das Zwei-Grad-Ziel?

Neben Abschätzungen, wie viel Strom Bitcoin aktuell verbraucht, haben manche Studien versucht, auch die zukünftigen Emissionen abzuschätzen. Viel Aufmerksamkeit erregte dabei eine Studie, die die Nature Climate Change im vergangenen Jahr veröffentlicht hat.

Die vergleichsweise kurze Studie stellt die Frage, was passieren würde, wenn Kryptowährungen vergleichbar mit anderen technischen Innovationen wachsen. Laut den Studienautoren würde das alleine innerhalb weniger Jahrzehnte verhindern, dass die Erderwärmung auf zwei Grad begrenzt werden kann.

Die Studie wurde viel kritisiert, da ihre Annahmen vergleichsweise unrealistisch sind. Es ist kaum anzunehmen, dass Bitcoin oder ähnliche Systeme innerhalb kurzer Zeit andere Währungen in großem Maßstab verdrängen. Schon technisch wäre es wenig realistisch, innerhalb kurzer Zeit so viele Kraftwerke zu bauen.

Damit haben die Kritiker dieser Studie vermutlich recht. Gleichzeitig ist es aber natürlich auch ein Eingeständnis: Dass Kryptowährungen das bisherige Währungssystem ersetzen, ist nicht realistisch.

Bitcoin ist nicht alleine

Bitcoin ist zwar die mit Abstand bekannteste Kryptowährung, aber längst nicht die einzige. Die meisten Alternativen setzen ebenfalls Proof-of-Work-Algorithmen ein und haben daher ebenfalls einen hohen Stromverbrauch. Detaillierte Berechnungen findet man zu den meisten Alternativ-Kryptowährungen nicht, Schätzungen gehen davon aus, dass Bitcoin 60 bis 70 Prozent des Marktes dominiert. Die restlichen Währungen dürften also durchaus ebenfalls einen nicht unerheblichen Treibhausgasausstoß produzieren.

Bekanntlich werden Blockchains nicht nur für Kryptowährungen eingesetzt, sondern inzwischen auch als Lösungen für alles Mögliche verkauft. Wie viel davon wirklich sinnvoll ist, kann man zu Recht bezweifeln. Doch es gibt Gründe anzunehmen, dass der Blockchain-Hype jenseits von Kryptowährungen vergleichsweise harmlos in Sachen Klimabilanz ist.

Häufig handelt es sich nämlich bei kommerziellen Blockchain-Produkten um sogenannte private Blockchains. Teilnehmen an diesen darf nicht einfach jeder, sondern nur ein geschlossener Kreis von Personen. Ob man solche Produkte überhaupt als Blockchain bezeichnen sollte, ist bereits strittig. Aber entscheidend ist, dass hier keine Notwendigkeit für einen Proof-of-Work-Mechanismus besteht, es kommen üblicherweise andere Konsensmechanismen zum Einsatz.

Aus ähnlichen Gründen ist auch die Facebook-Währung Libra kein größeres Problem in Sachen Klimaschutz: Facebook setzt auf eine Blockchain, deren Inhalte von einer zentralen Instanz kontrolliert werden, und nutzt keinen Proof-of-Work-Mechanismus.



Das Effizienz-Paradoxon und der Elektroschrott

Wenn etwas viel Strom verbraucht, liegt die Frage nahe, ob man dem durch effizientere Technik beikommen kann. Bei einem Konsensmechanismus wie dem von Bitcoin hilft dies aber wenig.

Das liegt daran, dass bei Proof of Work das Ergebnis der Berechnungen letztendlich irrelevant ist. Relevant ist vielmehr, dass verschiedene Miner miteinander um die höchste Rechenpower konkurrieren.

Das Berechnen von Hashes wird immer effizienter, alleine deshalb, weil die normalen Fortschritte bei der Chipentwicklung sich natürlich auch auf Mining-Hardware auswirken. Wenn bessere Hardware zur Verfügung steht, führt das aber schlicht dazu, dass alle Miner künftig schneller Hashes berechnen und sich die Schwierigkeit der Proof-of-Work-Berechnungen automatisch anpasst.

Mehr Effizienz führt zu mehr Elektroschrott

Das führt zu der scheinbar paradoxen Situation, dass Effizienzgewinne bei der Mining-Hardware zu mehr und nicht weniger Energieverbrauch führen. Je schneller und effizienter neue Mining-Hardware wird, desto ineffizienter sind die bereits bestehenden Geräte - und die Bitcoin-Miner sind gezwungen, sie durch neue Geräte auszutauschen, wenn sie keine Verluste einfahren wollen.

Die alten Mining-Geräte enden überwiegend als Elektroschrott, denn die Hardware ist spezialisiert darauf, Hashes zu berechnen und anderweitig kaum zu gebrauchen. Die Produktion und Entsorgung der Hardware führen natürlich ebenfalls zu Kohlendioxid-Emissionen. Zu deren Höhe fanden wir bei der Recherche bislang keine Schätzungen, Paul de Vries geht aber davon aus, dass aktuell etwa 10.000 Tonnen Elektroschrott durch Bitcoin-Hardware produziert werden - vergleichbar mit der Elektroschrottproduktion eines kleinen Landes wie Luxemburg.



Ist Proof of Stake eine Alternative?

Gewöhnliche Effizienzgewinne in Form schnellerer Hardware dürften aus den genannten Gründen nicht dazu führen, dass Bitcoin in Zukunft umweltverträglicher wird. Eine denkbare Möglichkeit wäre aber, auf einen anderen Konsensmechanismus zu setzen.

Der hohe Stromverbrauch von Bitcoin kommt praktisch ausschließlich dadurch zustande, dass Miner mittels Proof-of-Work darum konkurrieren, wer den nächsten Block bestätigen darf. Alle anderen kryptographischen Operationen, etwa die Verifikation von Signaturen, sind im Vergleich dazu nahezu irrelevant. Käme man ohne Proof of Work aus, wäre der Stromverbrauch also drastisch niedriger.

Eine vielfach diskutierte Alternative zu Proof of Work sind sogenannte Proof-of-Stake-Protokolle. Dabei entscheidet nicht die meiste Rechenpower, wer einen neuen Block bestätigt, sondern eine Art Abstimmung. Teilnehmen daran darf, wer bereits Kryptowährung besitzt, dadurch wird verhindert, dass man mittels simpler gefälschter Identitäten abstimmen kann. Bei den meisten Systemen kann man erst ab einer bestimmten Geldmenge an Abstimmungen teilnehmen, wer mehr Kryptogeld besitzt, hat mehr zu entscheiden.

Darüber, wie praktikabel solche Proof-of-Stake-Protokolle sind, gibt es viele Diskussionen. Manche Bitcoin-Fans halten Proof of Work für alternativlos und für die effizienteste Art, eine dezentralisierte Blockchain zu organisieren.

Einzelne Blockchain-Projekte und Kryptowährungen nutzen Proof of Stake bereits, darunter Peercoin, Blackcoin und Nxt. Was sie aber alle gemeinsam haben: Sie sind vergleichsweise klein und unbekannt.

Ethereum plant Umstieg auf Proof of Stake

Das dürfte sich aber bald ändern, denn Ethereum, ein System für Smart-Contracts, aber gleichzeitig auch die zweitgrößte Kryptowährung, plant eine Umstellung auf ein Proof-of-Stake-System. Die Umstellung soll Anfang 2020 stattfinden.

Ist eine Umstellung auf Proof of Stake auch für Bitcoin eine Option? Zumindest aktuell scheint es kein großes Thema zu sein und viele in der Bitcoin-Community lehnen eine derartige Änderung ab. Auf bitcoin.org, der Webseite, auf der etwa die zentrale Softwareimplementierung Bitcoin Core bereitgestellt wird, findet sich zum Thema Proof of Stake überhaupt nichts.

Änderung des Konsensverfahrens würde vermutlich Bitcoin spalten

Selbst wenn sich ein Teil der Bitcoin-Community für eine Umstellung entscheidet, würde das nicht unbedingt dazu führen, dass das Minen aufhört. Erfahrungsgemäß sind selbst kleine technische Änderungen in der Community oft extrem umstritten. Mehrfach kam es bereits dazu, dass sich Bitcoin daher aufgespalten hat, mehrere Abspaltungen wie Bitcoin Gold, Bitcoin Cash und Bitcoin SV existieren weiter. Bei einer Änderung des Konsensmechanismus wäre eine solche Aufspaltung ebenfalls zu erwarten.

Entscheidend wäre dann wohl, welche der beiden neuen Bitcoin-Varianten von der Mehrheit der Community akzeptiert würde. Wenn eine vergleichsweise kleine Abspaltung weiterhin mit Proof of Work arbeitet, würde das zwar weiterhin Strom verbrauchen, aber vermutlich auf deutlich niedrigerem Level. Aber all das ist reine Spekulation - zumindest aktuell steht eine derartige Änderung bei Bitcoin nicht auf der Tagesordnung.



Kommt ein Mining-Verbot in China?

Angesichts der nicht unerheblichen Umwelt- und Klimabelastung durch Bitcoin wird auch immer wieder die Frage gestellt, ob man diese Aktivitäten staatlich einschränken oder verbieten sollte. Konkret könnte das in China bald anstehen.

In China wird das Agieren der Bitcoin-Händler und Miner schon länger von Regierungsstellen kritisch beäugt. In der Vergangenheit wurde bereits der Handel mit Bitcoin eingeschränkt. Doch während in China viele Bitcoin-Händler in den vergangenen Jahren zugemacht haben, konnten die Bitcoin-Miner bislang weitgehend unbehelligt weitermachen.

Chinesische Regierung sieht Bitcoin-Mining als Energieverschwendung

Doch das könnte sich ändern. Ein Vorschlag der chinesischen Regierung vom April dieses Jahres für die künftige Industriepolitik sieht verschiedene Industriebereiche vor, die gefördert werden sollen, während andere Sektoren eingeschränkt oder unterbunden werden sollten. Zu Letzteren gehört das Bitcoin-Mining, das die chinesische Regierung demnach als Energieverschwendung betrachtet.

Anderswo stehen solch konkrete Verbote bislang nicht auf der Tagesordnung. Das dürfte aber auch daran liegen, dass bislang fast alle größeren Mining-Installationen in China beheimatet sind. Ein Verbot in China könnte das ändern und in den Ländern, in denen dann die Miner sich neu ansiedeln, eine entsprechende Diskussion auslösen.

Durch verstärkte Medienberichterstattung das Bewusstsein für die Klimakrise schärfen: Das ist das Ziel einer Medieninitiative, die von der US-amerikanischen Columbia Journalism Review und The Nation gestartet und von vielen Medien aufgegriffen wurde, etwa dem britischen Guardian. Golem.de beteiligt sich und folgt dem Aufruf, eine Woche im September verstärkt über Klimathemen zu berichten.  (hab)


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