CO2-Fußabdruck wie Jordanien oder Hamburg: Die Kryptowährung Bitcoin benötigt für ihre Rechenoperationen inzwischen rund 46 Terawattstunden Strom pro Jahr. Um diesen Energiebedarf zu decken, werden jährlich rund 22 Megatonnen Kohlendioxid freigesetzt, wie die bisher detaillierteste Studie zur Energiebilanz des Bitcoin enthüllt. Der CO2-Fußabdruck der Kryptowährung entspricht damit dem eines kleinen Landes oder der Stadt Hamburg.
Kryptowährungen liegen im Trend, denn dank des Blockchain-Prinzips lassen sich über Bitcoin, Ethereum und Co Finanz-Transaktionen dezentral und trotzdem sicher abwickeln. Der Haken jedoch: Die dafür nötigen Rechenprozesse sind aufwändig und das „Bitcoin-Mining“ verbraucht daher viel Energie – Tendenz steigend. Weil die zu lösenden Krypto-Berechnungen ständig schwerer werden, hat sich allein im Jahr 2018 die für ein Bitcoin nötige Rechenleistung vervierfacht.
Börsengang und Mining-Pool als Datenquelle
Wie viel Strom das Bitcoin-Netzwerk benötigt und welche CO2-Emissionen es dadurch verursacht, haben Forscher schon zuvor zu ermitteln versucht. Allerdings gaben gerade die großen Bitcoin-Miner bislang nur spärliche Daten über ihre Anlagen preis. Doch der Börsengang von drei großen Herstellern von Mining-Hardware im Jahr 2018 hat nun Christian Stoll von der Technischen Universität München und seinem Team die Chance geboten, mehr Einblick zu erhalten.
Aus den beim Börsengang eingereichten Unterlagen ermittelten die Forscher die Marktanteile und Energieeffizienz der einzelnen Rechner-Modelle von Bitmain, Ebang und Canaan. Um den Stromverbrauch genauer berechnen zu können, bezogen sie die Größe und Art der Bitcoin-Anlagen mit ein: „Die Spanne reicht vom Studenten über Gamer, die ihre Grafikkarte in Spielpausen für das Bitcoin-Mining zur Verfügung stellen, bis zu spezialisierten Kryptomining-Farmen“, erklären Stoll und sein Team.
Währende kleinere, private Bitcoin-Miner nur Strom für ihre Rechner benötigen, haben große Anlagen einen zusätzlichen Energieverbrauch für Kühlung, Transformatoren und andere Zusatzgeräte. Um die Anteile der verschiedenen Miner-Typen zu ermitteln, analysierten die Wissenschaftler unter anderem die Verteilung im Slushpool, einem öffentlichen Zusammenschluss verschiedenster Bitcoin-Miner.
Stromverbrauch von 46 Terawattstunden
Das Ergebnis: Im November 2018 lag der jährliche Stromverbrauch des Bitcoin-Netzwerks bei rund 45,8 Terawattstunden – wenn man von der unteren Grenze der möglichen Spannbreite ausgeht. Um diesen Bedarf zu decken, müssen mehr als fünf Großkraftwerke das ganze Jahr hindurch auf Volllast laufen. Seit 2016 ist der Energieverbrauch zudem relativ stetig angestiegen, von 345 Megawatt Ende 2016 bis auf 5.232 Megawatt Ende 2018, wie die Forscher ausrechneten.
Doch wie wirkt sich dies auf den CO2-Fußabdruck des Bitcoin-Systems aus? Um das zu klären, ermittelten die Forscher, in welchen Ländern die Rechner der Bitcoin-Miner stehen und wie dort der Energiemix der Stromnetze aussieht. Den Standort der Mining-Anlagen lokalisierten sie sowohl über die IP-Adressen in den Statistiken der zwei größten Pools als auch über eine spezielle Software, die die IP-Adressen der Knoten aufspürt, die der Bitcoin-Blockchain einen neuen Block hinzufügen.
68 Prozent der Rechnerleistung steht in Asien
Die Auswertung ergab: 68 Prozent der Rechenleistung im Bitcoin-Netzwerk konzentriert sich im asiatischen Raum – vor allem in China. Dort liegt gut die Hälfte der Mining-Anlagen im von Wasserkraft versorgten Süden Chinas, der Rest jedoch arbeitet in Nordchina, wo die Kohlekraft einen Großteil der Energie liefert. Für den CO2-Fußabdruck der Bitcoin-Miner in China kommen die Forscher damit auf eine Bilanz von 550 Gramm CO2 pro verbrauchter Kilowattstunde Strom.
Weitere 17 Prozent der Rechenleistung der Bitcoin-Miner liegen in Europa, 15 Prozent in Nordamerika, wie Stoll und sein Team berichten. Aus dem Strommix dieser Regionen ermittelten sie ebenfalls den CO2-Fußabdruck.
CO2-Fußabdruck wie Hamburg
Insgesamt kommen die Forscher damit zu dem Ergebnis: Das Bitcoin-System verursacht zwischen 22 und 22,9 Megatonnen Kohlendioxid pro Jahr. „Das entspricht einer Menge, die zwischen dem CO2-Ausstoß von Jordanien und Sri Lanka liegt“, so Stoll und seine Kollegen. „Das CO2-Äquivalent des Bitcoin liegt damit in der Liste der globalen Emittenten zwischen Rang 82 und 83.“ In Deutschland wäre dieser Wert mit dem CO2-Fußabdruck der Stadt Hamburg vergleichbar.
„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 Stoll. Die Wissenschaftler plädieren dafür, die Mining-Anlagen von Bitcoin und anderen Kryptowährungen in Zukunft noch stärker dorthin zu verlegen, wo genügend Strom aus erneuerbaren Energien zur Verfügung steht.
Schon jetzt gibt es Bitcoin-Miner, die beispielsweise bewusst auf „grünen“ Strom aus Wasserkraft oder Windenergie setzen. (Joule, 2019; doi: 10.1016/j.joule.2019.05.012)
Quelle: Technische Universität München
