Bitcoin – für die einen ein abstraktes System, das sie nicht ganz begreifen, geschweige denn nutzen können, für die anderen ein lukratives Geschäft oder gar fesselndes Glücksspiel. In jedem Fall hat das rasante Wachstum der Kryptowährung in den letzten zehn Jahren eine heftige Debatte über ihre Auswirkungen auf die Umwelt ausgelöst. Kann Bitcoin nachhaltig überhaupt geschürft werden oder wird sich die digitale Währung in Zukunft negativ auf den Klimawandel auswirken? Dieser Artikel beleuchtet beide Seiten der “Münze”.
Investor:innen und Miner:innen, die bereits in den Anfangstagen an Bitcoin glaubten, haben höchstwahrscheinlich bereits ausgesorgt. Heutzutage müsste man schon einiges investieren, um ernsthafte Gewinne aus dem Bitcoin-Spiel zu erzielen, denn der aktuelle Preis für einen Bitcoin liegt bei über 50 000 USD.
Und dann gibt es noch diejenigen, die sich – selbst nach fast 13-jährigem Bestehen – immer noch fragen, was Bitcoin ist. In erster Linie handelt es sich dabei um eine dezentralisierte digitale Währung, die man direkt kaufen, verkaufen und tauschen kann, ohne einen Vermittler wie eine Bank. Geht man bei dieser Definition noch einen Schritt weiter, so erfährt man, dass es sich bei Bitcoin um eine sogenannte „Kryptowährung“ handelt, die durch Kryptografie gesichert ist, was Fälschungen oder Doppelausgaben nahezu unmöglich macht. Als ob das nicht schon kompliziert genug wäre, finden wir uns heute in einem Pool von Tausenden Kryptowährungen wieder. Nichtsdestotrotz bleibt Bitcoin die größte Kryptowährung nach Marktkapitalisierung im Vergleich zu Ethereum, Binance Coin, Cardano Coin und ähnlichen.
Bitcoin vs. Fiat-Geld
Wie unterscheidet sich Bitcoin von dem Geld, das wir im Alltag verwenden und gemeinhin als „Fiat-Geld“ bezeichnen? Die folgende Tabelle zeigt die laut Bitpanda wichtigsten Unterschiede zwischen der Kryptowährung und “herkömmlichem” Geld auf:
Bitcoin
… ist eine Währung, die durch dezentrales, verteiltes Rechnen geschaffen wurde
… wird durch Mehrheitsentscheidungen geregelt (Netzwerkkonsens)
… Transaktionen erfordern nur zwei Parteien –- kein Mittelsmann erforderlich
… je nach Netzwerkgeschwindigkeit dauern Transaktionen Minuten
… nach einer Transaktion ist keine Abbuchung möglich
Fiat Geld
… ist eine Währung, die von einer Regierung ausgegeben wird
… wird von einer Zentralbank verwaltet
… Transaktionen erfordern einen Mittelsmann wie eine Bank oder ein Zahlungsdienstleister
… eine lokale internationale Transaktion kann Tage dauern
… nach einer Transaktion ist eine Abbuchung möglich
Die Grundprinzipien des Bitcoin-Minings
Um zu verstehen, woher der hohe Energieverbrauch von Bitcoin kommt, lohnt es sich, einen Blick auf die Funktionsweise des Minings zu werfen. Bitcoin basiert auf einer Technologie namens Blockchain. Dabei handelt es sich um eine gemeinsame Datenbank, in der Informationen in Blöcken gespeichert werden. Jeder Block hat eine begrenzte Speicherkapazität. Sobald dieser voll ist, wird er mit dem zuvor gefüllten Block verkettet –- daher „Blockchain“. Obwohl in einer solchen Kette verschiedene Arten von Informationen gespeichert werden können, wird sie am häufigsten als Hauptbuch für Transaktionen verwendet. Das Ziel einer Blockchain ist es, dass digitale Informationen aufgezeichnet und verteilt, aber nicht bearbeitet werden können.
In der Welt von Bitcoin wird dieser Prozess gestartet, sobald eine Person eine Bitcoin-Transaktion durchführt und damit alle Miner im Netzwerk alarmiert. Daraufhin führen die Mining-Computer mathematische Berechnungen durch, um die Gültigkeit dieser Transaktion zu bestätigen. Sobald einige Tausend Transaktionen bestätigt wurden, fassen die Miner sie in einem Block zusammen und wetteifern dann um das Recht, diesen Block durch die Lösung eines komplexen, numerischen Problems zu einer Reihe von zuvor gefüllten Blöcken hinzuzufügen. Langer Rede kurzer Sinn: Miner, die es zuerst lösen, kassieren die ultimative Belohnung: Bitcoins.
Letztendlich ist es die dezentrale Struktur von Bitcoin, die für seinen enormen ökologischen Fußabdruck verantwortlich ist. Es sind nämlich zahlreiche Parteien beteiligt, die alle darum konkurrieren, die Transaktionen so schnell wie möglich zu verpacken und ein mathematisches Problem zu lösen. Dieses „Proof of Work“-System, auf das später noch näher eingegangen wird, ist wesentlich energieintensiver als die Verifizierung von Transaktionen in zentralisierten Netzwerken.
Abwägen von Belohnung und Preis
Eine solche Belohnung bekommt nur, wer Geduld hat. Leider hat das Bitcoin-Mining aber auch seinen Preis: Energie. Während man 2009 mit einem einfachen Computer im Wohnzimmer Bitcoins minen konnte, braucht man heute einen Raum voller Technik im Wert von Tausenden von Dollar. Die Menge an Haushaltsstrom, die benötigt wurde, um einen Coin zu minen, entsprach 2009 wenigen Sekunden. Heute sind es neun Jahre. Daher ist es nicht verwunderlich, dass der weltweite Energiebedarf für das Mining in den letzten zehn Jahren in die Höhe geschnellt ist.
Damit werden auch die kritischen Stimmen lauter, die auf die bedrohlichen Auswirkungen von Bitcoin auf das Klima aufmerksam machen. Neue Ansätze und Konzepte, um Bitcoin ökologisch nachhaltiger zu minen, sollen diese Bedrohung abmildern. Ob diese Früchte tragen oder nicht, wird heiß diskutiert.
Hauptbedenken hinsichtlich der ökologischen Nachhaltigkeit des Bitcoin-Minings
Die Fähigkeit, den höchsten Gewinn aus dem Bitcoin-Mining zu erzielen, ist direkt mit der höchsten Rechenleistung verbunden. Daher schafft das Bitcoin-Mining eine Nachfrage nach extrem leistungsstarken Computern und einen Bedarf, diese mit Energie zu versorgen. Folglich lassen sich die Probleme mit der ökologischen Nachhaltigkeit des Bitcoin-Minings auf zwei Hauptprobleme reduzieren: einen hohen Bedarf an kostengünstigem Strom und große Mengen an Elektronikschrott (E-Waste).
Hoher Energieverbrauch
In den Anfangszeiten von Bitcoin waren normale Computer mit Grafikprozessoren (GPUs) für das Bitcoin-Mining noch konkurrenzfähig. Heutzutage werden jedoch leistungsfähigere Computer benötigt. Je schneller die Computer der Konkurrenten sind, desto mehr müssen die Miner:innen in leistungsfähigere Geräte investieren, um im Spiel zu bleiben – und das resultiert in einem steigenden Energiebedarf.
Tatsächlich wird geschätzt, dass das Bitcoin-Mining im Jahr 2021 66 Mal mehr Strom benötigt als noch vor sechs Jahren. Da der Wettbewerb zunimmt und mehr Bitcoins in Umlauf kommen, wird auch der Energiebedarf weiter steigen. Für dieses Jahr wurde ein Bitcoin-Energieverbrauch von über 177,43 Terawattstunden prognostiziert – was mehr ist, als Finnland für die Stromversorgung des gesamten Landes benötigt.
Mit dem steigenden Energieverbrauch steigt auch der Bedarf an billigem Strom, um das Mining rentabel zu halten. Aus diesem Grund wurden Mining-Tätigkeiten in Ländern wie China und Russland angesiedelt, wo Energie billig ist und in der Regel aus Kohle oder anderen fossilen Brennstoffen gewonnen wird. Da China jedoch kürzlich strenge Verbote für das Krypto-Mining erlassen hat, verlagert sich das Epizentrum des Bitcoin-Minings rasch in die USA und lässt auf einen Bitcoin hoffen, der weniger abhängig von billigen fossilen Brennstoffen ist.
Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass das Mining in China zwar rapide zurückgeht, aber noch lange nicht vorbei ist. Daher können die Auswirkungen auf die Umwelt nicht ignoriert werden. Noch vor wenigen Jahren entfielen 48 Prozent des weltweiten Bitcoin-Minings auf China, und die Umstellung wird nicht über Nacht stattfinden. Laut einer Studie von Nature Communications wird für Bitcoin-Mining in China bis zum Jahr 2024 voraussichtlich die gleiche Menge CO₂ freigesetzt wie in ganz Italien.
Welche Auswirkungen hat diese Abkehr von der chinesischen Kohlekraft auf die Zukunft? Gibt es eine Chance für das Bitcoin-Mining, nachhaltiger zu werden? Vielen fällt es schwer, an die grüne Zukunft von Bitcoin zu glauben, da die Mining-Wirtschaft auf der Suche nach dem billigsten Strom aufgebaut ist. Es ist möglich, dass das Mining aus China einfach in andere Länder verlagert wird, die billigen Strom liefern können. Es gibt jedoch einige Aspekte, die für die grüne Seite der Münze sprechen.
Bitcoin als Lösung für Intermittenz-Probleme
Auch wenn die Aussichten, dass Bitcoin und das Krypto-Mining im Allgemeinen nachhaltig oder gar nützlich für eine grünere Zukunft sind, düster aussehen, gibt es Signale auf dem Markt, die auf ein Umdenken hindeuten – zumindest auf einigen Ebenen. Das Bitcoin-Mining hat zu einer Wiederbelebung von Kohleminen in China geführt, aber gleichzeitig bleiben jedes Jahr in Sichuan und Yunnan während der Regenzeit große Mengen an sauberer Energie ungenutzt. Daher wurde darüber nachgedacht, das Mining zu diesen Jahreszeiten in diese Gebiete zu verlagern, um den Verbrauch von nicht nachhaltiger Energie zu reduzieren. Miner:innen haben zudem bereits Kooperationen mit der Wasserkraftindustrie aufgebaut. Die USA und Kanada verfolgen einen ähnlichen Ansatz, indem sie überschüssige Energie für das Krypto-Mining nutzen.
Die Bitcoin Clean Energy Initiative präsentierte das Bitcoin-Mining als Lösung für die Probleme, mit denen die erneuerbare Energieerzeugung konfrontiert ist, wie z. B. die Überlastung des Stromnetzes und die schwankende Stromversorgung. Die Unterbrechung der Energieversorgung ist der größte Faktor, der das Wachstum der erneuerbaren Energien einschränkt, da sie nicht zu jeder Tageszeit produziert werden können. Mining selbst kann zwar keine ungenutzte Energie speichern, aber es könnte dazu beitragen, beispielsweise die Intermittenz-Probleme in der Stromversorgung zu lösen. Der allgemeine Gedanke ist, dass das Mining den Netzen ermöglichen könnte, wesentlich mehr erneuerbare Energien einzusetzen, ohne dass sich die Strompreise ändern. Grund dafür ist, dass die Kostenkurve für die Erzeugungstechnologien dadurch vermutlich sinkt und sie näher an die Grenzkosten der Energieerzeugung heranrückt. Dies wiederum soll Investitionen in Solaranlagen fördern und dazu führen, dass erneuerbare Energien einen höheren Anteil am Netzstrom erzeugen können.
Die tatsächliche Durchführbarkeit dieser Idee bleibt jedoch fraglich, da ein durch überschüssige Energie erzeugter Bitcoin nicht der Realität entspricht. Vor allem in den USA kommt ein großer Teil des erzeugten Stroms nie bei Verbraucher:innen an. Während Bitcoin dazu beitragen könnte, die Entwicklung von Spinning-Reserven und flexiblen Grundlastanlagen zu fördern, war es auch für die Wiederbelebung eines Gaskraftwerks in den USA verantwortlich.
Nördliche Länder als "grüne Oasen"
Wasserkraft ist zwar eine umweltfreundlichere Art der Energieerzeugung, die sich das Krypto-Mining und Bitcoin zunutze gemacht haben, aber sie ist dennoch nicht ganz grün. Island verfügt beispielsweise über große Mengen an Strom zu günstigen Tarifen. Die Energie stammt aus geothermischen und Wasserkraftwerken. Daher wird der Strom ohne Kohlenstoffemissionen erzeugt. Das eigentliche Problem sind die Staudämme, da sie unberührtes Land unter Wasser versenken und dadurch Flüsse und Wasserfälle verändern. Da Bitcoin jedes Jahr mehr Energie benötigt, sind die Energievorräte der Region fast erschöpft, und das örtliche Energieunternehmen HS Orka erweitert seine Kapazität mit einem Wasserkraftwerk im abgelegenen Fluss Tungufljot in der Nähe der Touristenattraktion der heißen Quellen des Großen Geysirs. Die Zukunft der „Grünen Oasen“ in den nordischen Ländern, die früher wie das gelobte Land für grünes Bitcoin-Mining aussahen, scheint ungewiss. Es wird vorhergesagt, dass die Menge an überschüssiger Energie, die bisher für das Bitcoin-Mining verwendet wurde, schnell abnehmen könnte, da die Klimaproblematik die Nachfrage nach erneuerbarer Energie in anderen wachsenden Sektoren gesteigert hat.
Mining vs. reguläres Banking
Die Investmentgesellschaft Galaxy Digital schätzte in einem kürzlich erschienenen Bericht, dass Bitcoin nur halb so viel Energie verbraucht wie die traditionelle Finanzbranche. Kritisch anzumerken ist jedoch, dass die Ergebnisse nicht auf offiziellen Zahlen beruhen, denn das traditionelle Bankensystem und die Goldindustrie legen ihre Energiebilanz im Gegensatz zu Bitcoin nicht offen. De Vries, Spezialist in Bitcoin und Blockchain, sieht diesen Vergleich aus einer ganz anderen Perspektive und meint, dass der durchschnittliche Kohlenstoff-Fußabdruck pro Bitcoin-Transaktion zwischen 233,4 und 363,5 Kilogramm CO₂ liegt, während der durchschnittliche Kohlenstoff-Fußabdruck für eine VISA-Transaktion 0,4 g CO₂ beträgt. Wenn man nach einer Antwort sucht, wird man höchstwahrscheinlich mehrere finden, die stark davon abhängen, welche Aspekte und Zahlen in den jeweiligen Forschungsstudien berücksichtigt wurden.
Das Bitcoin-Mining wird weder effizienter, noch fördert es Investitionen in saubere Energie. Ein weiteres Problem ist, dass, obwohl 76 Prozent der Miner irgendeine Art von erneuerbarer Energie verwenden, es letztendlich keine Rolle spielt, wie “grün” die Erzeugung eines einzelnen Bitcoins ist. In dem Moment, in dem er in Transaktionen verwendet wird, verarbeiten ihn unweigerlich wieder andere Miner, unabhängig davon, welche Stromquelle sie benutzen. Ein „grüner“ Bitcoin wird daher leicht zu einem nicht nachhaltigen Bitcoin.
Große Mengen an Elektroschrott
Selbst wenn das Problem des großen Bedarfs an billigem Strom durch eine vollständige Umstellung auf erneuerbare Energien gelöst werden könnte, bleibt immer noch ein großer CO₂-Fußabdruck, der bei der Herstellung der Mining-Geräte entsteht, sowie ein ökologischer durch die Maschinen, die nicht mehr verwendet werden können.
Wie bereits erwähnt, sind herkömmliche Computer zu langsam, um gewinnbringend Mining zu betreiben, und es wird eine leistungsfähigere Technologie benötigt. Anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC) sind eine gängige Lösung für dieses Problem. Sie haben eine viel höhere Rechenleistung als reguläre Computer und können Bitcoin mit sehr hoher Geschwindigkeit minen. Ihre Lebensdauer beträgt jedoch nur etwa 3-5 Jahre, danach werden sie zu Elektroschrott. Wenn sie schlecht gewartet werden und ungünstigen Bedingungen wie schlechter Belüftung und Feuchtigkeit ausgesetzt sind, liegt ihre Lebensdauer sogar nur bei wenigen Monaten. Tatsächlich beläuft sich der geschätzte jährliche Elektroschrott aus dem Bitcoin-Mining ab Mai 2021 auf 30,7 Kilotonnen.
Obwohl diese Zahlen erschütternd sind, ist es schwierig, diese Daten auch richtig zu interpretieren, wenn wir sie nicht mit der Menge an Elektroschrott vergleichen können, die im regulären Bankgeschäft anfällt. Leider gibt es solche Daten aus dem Bankensektor nicht, sodass keine relativen Vergleiche möglich sind. Dennoch ist es wichtig, sich vor Augen zu halten, dass der massive Energieverbrauch nicht das einzige Problem ist, das Bitcoin lösen muss, um nachhaltig zu werden.
Umweltverträgliche Kryptowährung?
Dies wirft die Frage auf, ob es bereits eine umweltfreundliche Kryptowährung gibt. Bitcoin stützt sich immer noch stark auf fossile Brennstoffe, aber es gibt kleinere Kryptowährungen, die einen geringeren Kohlenstoff-Fußabdruck haben. Man könnte annehmen, dass das auf die wenigen Transaktionen zurückzuführen ist, die mit diesen Währungen getätigt werden. Allerdings gibt es tatsächlich Währungen, die energieeffizienter sind. Laut Lacey sind die drei energieeffizientesten Währungen IOTA, XRP und Chia. Lacey weist auch darauf hin, dass neue Initiativen, wie Kryptowährungen nachhaltiger gestaltet werden können und ständig zunehmen Daher ist zu erwarten, dass in naher Zukunft noch mehr nachhaltige Kryptowährungen auf den Markt kommen werden.
Um einen besseren Überblick über den Gesamtenergieverbrauch von Kryptowährungen zu erhalten, zeigt die folgende Übersicht der Universität Cambridge, welche Arten von Energie beim Mining in vier globalen Regionen verbraucht werden. Ihren Untersuchungen zufolge geschehen 76 Prozent des Krypto-Minings bis zu einem gewissen Grad mit erneuerbaren Energien, doch der Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtenergieverbrauch des Krypto-Minings beträgt nur 39 Prozent. Beachten Sie, dass das Diagramm nicht 100 Prozent ergeben soll, da der verbrauchte Strom aus mehreren Energiequellen stammen kann.
Obwohl dieser Trend befürwortet werden kann, ist es laut Matthews immer noch schwierig, eine Währung als „grüner“ als eine andere zu bezeichnen, da mehrere Parameter im Spiel sind. Einige Kryptowährungen sind von Natur aus energieeffizienter als Bitcoin, bei anderen gibt es, einfach weniger tägliche Transaktionen. Das Problem hinter Bitcoins massivem Energiebedarf ist, dass es auf dem sogenannten „Proof of Work“ beruht, was bedeutet, dass die Herstellung eines einzigen Tokens große Mengen an Berechnungen und damit Rechenleistung erfordert. Währungen, die „Proof of Storage“ oder „Proof of Stake“ verwenden, verbrauchen dagegen weit weniger Energie.
„Proof of Stake“-Protokolle benötigen keine spezielle Computerausrüstung und keine zusätzliche Energie, um die Vertrauenswürdigkeit zu beweisen. Das Protokoll kann von einem Laptop aus betrieben werden. Forscher:innen glauben, dass der Energieverbrauch von „Proof of Stake“ um 99,99 Prozent niedriger ist als der von „Proof of Work“. Cardano gehört zu den größten Kryptowährungen der Welt und verwendet „Proof of Stake“. Um dem Netzwerk beizutreten, kaufen die Nutzer Token, was eine große Menge an Energie spart.
Im Allgemeinen lassen sich beide Arten des Minings durch die Verteilung der Belohnung unterscheiden. Während bei „Proof of Work“ jeder beteiligte Miner rechnet und der schnellste die Belohnung erhält, hängt bei „Proof of Stake“ die Belohnung von dem Miner mit der höchsten Rechenleistung ab und wird durch die Höhe des Anteils am Prozess verteilt. Dies hat zu mehreren Diskussionen unter Krypto-Expert:innen geführt: Befürworter:innen von Bitcoin argumentieren, dass Proof of Work teuer und daher sicher ist, während Proof of Stake die Schaffung eines Monopols ermöglicht. Im Gegensatz dazu halten die “Proof of Stake” Befürworter:innen Proof of Work für eine Verschwendung von Energie und Zeit. „PoS“ hingegen garantiert schnelle Coins bei geringem Energieverbrauch. Im Übrigen arbeitet der größte Bitcoin-Konkurrent Ethereum derzeit an der Umstellung von „Proof of Work“ auf „Proof of Stake“, um das System nachhaltiger zu machen.
Fazit
Ob Elektroautos, Smartphones oder Bitcoins: Elektrifizierung und Digitalisierung sind heute allgegenwärtig. Das globale Bestreben, diesen Wandel voranzutreiben, wird unter anderem durch den Vorsatz befeuert, den Klimawandel zu bremsen. Damit steigt der weltweite Energiebedarf weiter an, was uns vor eine weitere große Herausforderung stellt: genügend – und idealerweise saubere – Energie zu gewinnen und zu produzieren, um diesen Bedarf zu decken.
Leichter gesagt als getan, insbesondere im umstrittenen Fall von Bitcoin. Da, wie oben beschrieben, beim Bitcoin-Mining große Mengen an Rechenleistung benötigt werden, versuchen die Miner:innen, dies durch billigen Strom zu kompensieren. Andernfalls wäre das Mining kaum rentabel. Die Menge an Elektroschrott, die dabei entsteht, verschlimmert die negativen Auswirkungen von Bitcoin auf die Umwelt zusätzlich. Viele Expert:innen bezweifeln daher, dass die digitale Währung jemals nachhaltig sein oder werden könne.
Viele ambitionierte Projekte und Ideen deuten darauf hin, dass es tatsächlich Möglichkeiten gibt, die Bedrohung der Umwelt durch Bitcoin zu mindern. Dazu gehören beispielsweise die Nutzung erneuerbarer Energien für die Bitcoin-Herstellung oder sogar der Vorschlag, Bitcoin als potenzielle Lösung für Probleme wie die Überlastung des Stromnetzes und die schwankende Stromversorgung (welche bei der Erzeugung sauberer Energie entstehen können) einzusetzen. Während einige Maßnahmen, wie erstere, bereits in der Praxis angewandt werden, existieren andere, wie letztere, nur in der Theorie und lassen daher die Machbarkeit noch offen. So oder so stehen wir vor der harten Wahrheit, dass keiner dieser Wege die endgültige Lösung des Nachhaltigkeitsproblems von Bitcoin garantieren kann. Wer zum Beispiel hätte gedacht, dass ein „grüner“ Bitcoin, der ursprünglich mit sauberer Energie hergestellt wurde, schnell verdorben werden kann, wenn er von anderen Minern wiederverwertet wird? Dies ist nur eines der bereits angesprochenen Beispiele, die zeigen, dass das Nachhaltigkeitsproblem weitaus komplexer ist, als es in den vorliegenden Konzepten für grünes Bitcoin-Mining zum Ausdruck kommt.
Wie auch immer sich diese Konzepte und Ideen entwickeln, sie werden Bitcoin-Forscher:innen und -Expert:innen sicherlich dazu anregen, weitere Studien im Hinblick auf ein umweltfreundlicheres Bitcoin-Mining durchzuführen. Auch eine Reihe von Initiativen für eine grünere Zukunft von Bitcoin und anderen Kryptowährungen sind ein guter Start in Richtung Nachhaltigkeit. In der Tat mögen von Grund auf nachhaltigere Währungen wie IOTA, XRP und Chia oder Kryptowährungen, die „Proof of Storage“- und „Proof of Stake“-Systeme verwenden, im Moment noch nicht sehr verbreitet sein, sie könnten aber in Zukunft, wie z. B. Cardano, wichtige Alternativen sein. In jedem Fall bleibt eine unbestreitbare Tatsache bestehen: Wenn wir das enorme wirtschaftliche Potenzial von Bitcoin weiter ausschöpfen wollen, ist es ebenso wichtig, das Gleichgewicht zwischen Preis und Belohnung wiederherzustellen und zu erhalten – der Umwelt zuliebe.
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