Bitcoin als Stromfresser

CO2-Fußabdruck der Kryptowährung so groß wie Hamburg

Der Einsatz von Bitcoins verursacht jährlich rund 22 Mt CO2 – ähnlich viel wie Hamburg, Kansas, ein kleines Land wie Jordanien – oder Las Vegas. Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) hat in der ersten Analyse des Stromverbrauchs der Kryptowährung auf der Grundlage empirischer Daten aus IPO-Anmeldungen und der Lokalisierung von IP-Adressen und unter anderem durch die Auswertung von Börsenunterlagen von Hardware-Herstellern die bislang detaillierteste Kalkulation des CO2-Fußabdrucks erstellt. Die am 12.06.2019 in der Zeitschrift Joule veröffentlichte Studie legt daher nahe, dass auch die Kryptowährungen die globalen CO2-Emissionen verstärken, ein Thema, das bei den Bemühungen um den Klimaschutz berücksichtigt werden muss.

Die Währung Bitcoin ist zwar virtuell, die Energie aber, die für ihren Einsatz verbraucht wird, ist real. Bitcoin und andere Kryptowährungen basieren auf der Blockchain-Technologie, die ein sicheres Netzwerk ermöglicht, ohne auf Dritte angewiesen zu sein. Stattdessen garantieren so genannte Bitcoin-“Miner” ein System ohne Betrug, indem sie neue Transaktionen validieren.

2008 veröffentlichte Satoshi, der pseudonyme Gründer von Bitcoin, der Vision einer digitalen Währung, die nur ein Jahrzehnt später eine Spitzenmarktkapitalisierung von über 800 Milliarden Dollar erreichte (CoinMarketCap, 2018; Nakamoto, 2008). Das revolutionäre Element von Bitcoin war nicht die Idee einer digitalen Währung an sich, sondern die zugrunde liegende Blockchain-Technologie.

Miner lösen seitdem Rechnaufgaben für numerische Signaturen in Prozessen, die enorme Rechenleistungen erfordern. Damit eine Überweisung ausgeführt und dokumentiert wird, muss eine Rechenaufgabe von einem beliebigen Computer im weltweiten Bitcoin-Netzwerk gelöst werden, an dem jeder teilnehmen kann und dafür wiederum mit Bitcoins belohnt wird. Die eingesetzte Rechnerkapazität für dieses sogenannte Schürfen der Bitcoins ist in den vergangenen Jahren stark gestiegen. Statistiken zeigen, dass sie sich allein 2018 vervierfacht hat. “Dieser Prozess führt zu einem immensen Energieverbrauch, was zu einem erheblichen CO2-Fußabdruck führt”, sagt Christian Stoll, Forscher am Center for Energy Markets der Technischen Universität München und am MIT Center for Energy and Environmental Policy Research.

„Detektivarbeit“ zur Ermittlung des Stromverbrauchs

Mit dem Bitcoin-Boom stellt sich deshalb die Frage, ob die Kryptowährung zu einer zusätzlichen Belastung für das Klima wird. Mehrere Untersuchungen haben versucht, den Ausstoß an Kohlendioxid zu ermitteln, der durch das Schürfen der Bitcoins verursacht wird. „Diese Studien beruhen allerdings auf zahlreichen Schätzungen“, sagt Christian Stoll, der an der Technischen Universität München (TUM) und am Massachusetts Institute of Technology (MIT) forscht.

Zunächst ermittelte das Forschungsteam den Stromverbrauch des Netzwerks, der vor allem von der Ausrüstung abhängt, die zum Schürfen der Bitcoins eingesetzt wird. „Heute werden dafür spezielle Geräte eingesetzt, sogenannte ASIC-Miner“, erklärt Stoll. 2018 planten die drei Hersteller, die den Markt für ASIC-Miner beherrschen, an die Börse zu gehen. Aus den Unterlagen, die sie dafür veröffentlichen mussten, konnte das Team die Marktanteile der einzelnen Modelle berechnen. Daneben musste die Studie berücksichtigen, ob jemand zu Hause mit einem einzelnen Miner schürft oder ob riesige „Farmen“ aktiv sind, die in den letzten Jahren von professionellen Betreibern aufgebaut wurden. „Dort wird allein schon für die Kühlung des Rechenzentrums zusätzliche Energie benötigt“, so Stoll. Um ein Bild von den Größenordnungen zu bekommen, nutzte das Team die Statistiken eines öffentlichen Pools unterschiedlicher Schürfer, der die Rechenkraft seiner Mitglieder anzeigt.

68 Prozent der Rechnerkraft in Asien

So ermittelten die Wissenschaftler – Stand November 2018 – einen jährlichen Stromverbrauch von rund 46 Terrawattstunden. Welche CO2-Emmissionen verursacht die Erzeugung dieser Energie? Auch bei dieser Frage wollte sich das Forschungsteam nicht auf Schätzungen verlassen. Deshalb war die entscheidende Frage: In welchen Ländern sitzen die Schürfer? Wieder halfen dem Team Livestatistiken von „Mining Pools“ weiter. „In diesen Gruppen haben Schürfer ihre Rechenleistung zusammengeschlossen, um bei der Lösung der Rechenaufgaben schneller zum Zug zu kommen – ähnlich wie bei einer Tippgemeinschaft“, erklärt Stoll. Die IP-Adressen in den Statistiken der zwei größten Pools zeigten, dass sich die meisten Schürfer einem Pool in oder nahe ihrem Heimatland anschließen. So konnte das Team 68 Prozent der Rechnerkraft des Bitcoin-Netzwerks in asiatischen Staaten, 17 Prozent in europäischen Ländern und 15 Prozent in Nordamerika lokalisieren. Dieses Ergebnis überprüften die Forscherinnen und Forscher mit einer zweiten Methode, indem sie mit einer Internet-of-Things-Suchmaschine die IP-Adressen einzelner Miner lokalisierten. Dann kombinierten sie die Ergebnisse mit Statistiken zur CO2-Bilanz der Stromversorgung in den jeweiligen Ländern.

Inzwischen wird eine Anwendung der Blockchain-Technologie auch in anderen Bereichen diskutiert, etwa für Grundbucheinträge oder zur Überwachung von Lieferketten. Dabei gibt es Methoden, die deutlich weniger Energie verbrauchen als das Schürfen von Bitcoins. “Wir stellen nicht die Effizienzgewinne, die die Blockchain-Technologie in bestimmten Fällen bieten könnte, in Frage”, wird Stoll in einer Mitteilung der Zeitschrift Joule zitiert. Allerdings konzentriere sich die aktuelle Debatte um diese Technologie auf den erwarteten Nutzen. Nach Auffassung der Forscher müssten die Kosten einschließlich des CO2-Ausstoßes stärker berücksichtigt werden.

Ergebnis: Das Bitcoin-System verursacht zwischen 22 und 22,9 Mt CO2 pro Jahr. Das hinterlässt einen ähnlichen großen CO2-Fußabdruck wie Hamburg, Wien oder Las Vegas. „Auch wenn es bedeutendere Faktoren für den Klimawandel gibt: Der CO2-Fußabdruck ist so groß, dass er Anlass genug bietet, um über die Regulierung von Krypto-Mining an Standorten mit CO2-intensiver Stromproduktion zu diskutieren“, sagt Christian Stoll. „Um die ökologische Bilanz zu verbessern, wäre es beispielsweise möglich, mehr ,Mining-Farmen‘ mit zusätzlicher Erzeugung von erneuerbarer Energie zu koppeln.“

Die Studie entstand am Center for Energy Markets der TUM School of Management.

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