Grüner Bitcoin – Wann kommt er und was muss dafür gemacht werden?

Seit Jahren steht Bitcoin in der Kritik, dass seine Entstehung sowie der Betrieb der Blockchain zu viel Strom verbraucht. Doch geht es den Kritikern nicht nur um diesen Aspekt, sondern auch um die Herkunft des Stroms. Ein grüner Bitcoin muss also her.

Die Stimmen zum hohen Stromverbrauch wurden besonders in der ersten Jahreshälfte dieses Jahres immer lauter. Auch die Nachrichten rund um das nicht nachhaltige Bitcoin Mining schienen immer mehr zu werden und mehren sich bis heute. Ein überschwemmter Kohlebergbau in China, die generelle Mining Hoheit im Reich der Mitte sowie die Revidierung von Elon Musk, BTC als Zahlungsmittel aufgrund zu hoher Umweltbelastungen durch seine Erzeugung, warfen wiederholt kein gutes Licht auf die größte Kryptowährung nach Marktkapitalisierung.

Ein grüner Bitcoin scheint da das Mittel der Wahl zu sein und das ist den Minern durchaus bewusst. Doch wie grün ist der Bitcoin aktuell und welche Optimierungsmöglichkeiten gibt es noch?

Werfen wir gemeinsam einen Blick auf das wenig nachhaltige Bitcoin Mining und wie das Schürfen des digitalen Goldes in Zukunft nachhaltiger gestaltet werden kann.

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Warum ist Bitcoin Mining so stromintensiv?

Um sich Gedanken über mögliche Alternativen zum Stromverbrauch zu machen, ist es wichtig zu verstehen, warum Bitcoin überhaupt so viel benötigt.

Bitcoin ist eine virtuelle Währung und wird von einem riesigen Peer-to-Peer-Computernetzwerk betrieben. Um das Netzwerk sicher zu halten, verwendet es eine Variante des verteilten Ledger-Systems (DLT), die Blockchain. Dieses zeichnet alle Transaktionen auf und jeder im Netzwerk bekommt eine Kopie. Da alles miteinander verbunden ist, besteht eine nahezu 100 %ige Manipulationssicherheit.

Jeder kann ein Teil des Netzwerks werden. Er muss nur einen leistungsstarken, speziell dafür konfigurierten Computer haben – je leistungsfähiger, desto besser. Diese Computer lösen immer schwierigere mathematische Rechenaufgaben, um neue Blöcke zu generieren.

Um eine Überhitzung zu vermeiden, müssen die geschäftigen Maschinen zudem kühl gehalten werden. Die Mining-Geräte benötigen natürlich Strom, genauso wie mögliche Kühlsysteme bei großen Anlagen, denn Mining lohnt sich heutzutage eigentlich nur noch für große Mining-Farmen.

Die Miner werden nicht per se bezahlt, bekommen aber Bitcoin für den erfolgreichen Abschluss eines Blocks. Alle anderen gehen leer aus. Desto mehr Rechenleistung, umso schneller. Je mehr Geräte, umso mehr Rechenleistung. Je mehr Geräte, umso mehr Strom – das treibt den Verbrauch in die Höhe.

Wenn der Preis von Bitcoin steigt, macht es die Investition in leistunsgfähigere und modernere Hardware attraktiv. Das führt zu einer Aufwärtsspirale, wenn mehr Computer hinzukommen.

Je höher der Preis, desto mehr verdienen die Miner und desto größer ist der Anreiz, mehr Maschinen dem Netzwerk hinzuzufügen. Da das Netzwerk nur fünf Transaktionen pro Sekunde verarbeiten kann, wird es schnell teurer, Bitcoin zu nutzen, wenn viele Leute das versuchen. Da die Transaktionsgebühren auch an die Miner gehen, treibt dies auch die Einnahmen der Miner und letztlich den Energieverbrauch in die Höhe.

Alex de Vries

Niederländischer Wirtschaftswissenschaftler

Quelle: DW.com

Proof-of-Work = Sehr hoher Energieverbrauch

Hinzu kommt, dass Bitcoin den Konsensalgorithmus Proof-of-Work verwendet; die Energie-intensivste Option aller Algorithmen zur Erzeugung von Kryptowährungen. 

Wie die meisten unserer Leser wahrscheinlich wissen, erzeugen Miner etwa alle 10 Minuten neue Blöcke von Transaktionen im Bitcoin Netzwerk, die bei erfolgreicher Erstellung der Blockchain angefügt werden. Während sie an der Blockchain arbeiten, müssen sich diese Miner nicht gegenseitig vertrauen. Das Einzige, dem die Miner vertrauen müssen, ist der Code, mit dem Bitcoin funktioniert. 

Der Code enthält mehrere Regeln, um neue Transaktionen zu validieren. Zum Beispiel kann eine Transaktion nur dann gültig sein, wenn der Absender tatsächlich den gesendeten Betrag besitzt. Jeder Miner bestätigt individuell, ob Transaktionen diese Regeln einhalten, wodurch die Notwendigkeit entfällt, anderen Minern zu vertrauen.

Nun geht es darum, alle Miner dazu zu bringen, sich auf die gleiche Transaktionshistorie zu einigen. Jeder Miner im Netzwerk ist ständig damit beschäftigt, die nächsten Transaktionen für die Blockchain vorzubereiten. Allerdings schafft es nur einer dieser Blöcke durch Zufallsprinzip, der neueste Block auf der Kette zu werden. 

Der Miner, dessen Block es in die Blockchain geschafft hat, erhält eine festgesetzte Menge an Coins als Belohnung, in Addition zu den Gebühren für die verarbeitenden Transaktionen im neuen Block. Dieser Prozess beginnt dann von neuem. Seit dem letzten Bitcoin Halving im Mai 2020 bekommen Miner 6,25 BTC pro erfolgreich erzeugtem Block, die sogenannte Block Reward. 

Proof of Work Hashing-Logik unter der beispielhaften Annahme einer sog. „Difficulty“ von vier vorangestellten „0“, die der korrekte Hash enthalten muss
Proof of Work Hashing-Logik unter der beispielhaften Annahme
einer sog. „Difficulty“ von vier vorangestellten „0“, die der korrekte
Hash enthalten muss Quelle: FFE.de

Um einen gültigen Block zu erzeugen, unternehmen die Miner unzählige Versuche pro Sekunde, das sogenannte Hashing. Basierend auf dem Prinzip Trial-and-Error versuchen sie schnellstmöglich den richtigen Wert für eine Blockkomponente, die Nonce, zu finden. Gleichzeitig hoffen sie, dass der resultierende fertige Block den Anforderungen entspricht.

Die Anzahl der Hashes pro Sekunde wird durch die Hashrate ihrer Mining-Ausrüstung bestimmt. Diese wird typischerweise in Gigahash pro Sekunde angegeben, also 1 Milliarde Hashes pro Sekunde.

Dieser Prozess verschlingt, wie bereits eingangs erwähnt, Unmengen an Energie. Im Vergleich zur zweitgrößten Kryptowährung nach Marktkapitalisierung, Ethereum, verbraucht Bitcoin knapp dreimal mehr Strom.

Auch Ethereum nutzt aktuell noch den Proof-of-Work Konsens. Allerdings ist der Nummer 1 Altcoin bereits dabei, sein System auf Proof-of-Stake umzustellen. Unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung ist dieser Wechsel definitiv eine ‘saubere’ Lösung, auch wenn es wahrscheinlich noch 10 Jahre bis zur finalen Umstellung dauern wird. Der Verbrauch soll damit um mehr als 99,95 Prozent zurückgehen.

Wie viel Strom verbraucht Bitcoin tatsächlich?

Genaue Zahlen sind aufgrund der komplexen Natur der Berechnungen schwer zu bekommen. Zu Beginn des Jahres 2017 verbrauchte das Bitcoin Netzwerk etwa 6,6 Terawattstunden Strom pro Jahr.

Im Oktober 2020 waren es bereits 67 Terawattstunden. Im Juni 2021 hat sich der Verbrauch fast verdoppelt auf 121 TW/h. Diese Zahlen gehen auf die Berechnung der Cambridge Universität zurück. Mit dem gegenwärtigen Stromkonsum könnte sich die Bildungseinrichtung fast 700 Jahre mit elektrischer Energie versorgen.

Nehmen wir an, Bitcoin wäre ein Land. Nach den gleichen Berechnungen würden nur 30 andere Länder mehr Strom verbrauchen. Es würde den jährlichen Strombedarf der Tschechischen Republik, Chile, der Niederlande, der Philippinen, Finnland, Österreichs oder Israels übertreffen.

Energieverbrauch von Bitcoin im Vergleich zu einzelnen Ländern
Energieverbrauch von Bitcoin im Vergleich zu einzelnen Ländern Quelle: BitcoinEnergyConsumption.com

Der holländische Ökonom Alex de Vries beschäftigt sich schon seit längerem mit dem Energieverbrauch von Bitcoin. Laut seiner Aussage benötigen gegenwärtig alle Rechenzentren weltweit für die Aufrechterhaltung von Big Tech, der Cloud, des Internets und des aktuellen Finanzsystems rund 200 Terawattstunden Strom pro Jahr.

Im Vergleich dazu hatte eine Bitcoin-Transaktion im Jahr 2018 den gleichen Energie-Fußabdruck wie 80.000 Visa-Transaktionen. Jetzt verbraucht eine einzige Bitcoin-Transaktion den gleichen Strom wie 453.000 Transaktionen des Zahlungsdienstleisters.

Wo kommt der Strom für das Bitcoin Mining her?

Die Hardware für das Bitcoin Mining bezieht je nach Modell und Anbieter Strom aus unterschiedlichsten Quellen. Laut einer Studie der Cambridge Universität aus dem Jahr 2020 nutzen bis zu 76 % der Bitcoin Miner zumindest teilweise erneuerbare Energien als Teil ihrer Stromversorgung.

Neben Energie aus Solar, Wind oder Geothermie zählt auch die Wasserkraft dazu, welche den Hauptteil der Nutzung erneuerbarer Energien weltweit ausmacht. Die fünf größten Mining Pools beispielsweise setzen hauptsächlich auf Strom erzeugt aus Wasserkraft.

Energiequellen nach Regionen
Energiequellen nach Regionen Quelle: Cambridge Judge Business School

In Summe bilden die alternativen Methoden zur Energiegewinnung bisher lediglich eine zusätzliche Quelle zur Stromgewinnung und nicht den Hauptanteil. Die Forscher der Cambridge Universität fanden ebenfalls heraus, dass erneuerbare Energien lediglich 39 Prozent des gesamten Energieverbrauchs von Bitcoin ausmachen.

Anteil erneuerbarer Energien beim Bitcoin Mining
Anteil erneuerbarer Energien beim Bitcoin Mining Quelle: Cambridge Judge Business School

Möglichkeiten zur alternativen Stromgewinnung

Auch wenn das noch längst nicht die Mehrheit ist, überlegt die Mining Community dennoch, wie sie die vorhandenen Ressourcen effektiv nutzen kann.

Das kanadische Unternehmen Upstream Data beispielsweise unterstützt Ölfirmen mit diesem Ansatz dabei, Bitcoin Miner einzurichten und zu betreiben. Sie fangen Abfallprodukte und minderwertiges Gas, die sie vorher nicht verkaufen konnten, so auf, dass daraus Strom erzeugt werden kann. Mittlerweile gibt es insgesamt 100 Anlagen in ganz Nordamerika, die Upstream Data betreut.

Als ich von Bitcoin erfuhr, und dass es energieintensiv ist, war es ziemlich offensichtlich, dass man einfach Bitcoin-Miner auf einer Ölquelle platziert und das Abgas dort verbrauchen könnte. Der Prozess ist ziemlich einfach. Wir bauen einfach ein Aggregat, wie zum Beispiel einen Erdgasmotor, der durch das Gas angetrieben wird. Er erzeugt Strom und dann verteilen wir diesen Strom an die Computer.

Eine weitere Möglichkeit, um dem massiven Energieverbrauch zu begegnen, könnte die Kernfusion sein. Im April ist es der US-amerikanischen Firma TAE-Technologies gelungen, stabiles Plasma zu erzeugen. Das Unternehmen prognostiziert einen funktionsfähigen, kommerziellen Fusionsreaktor bis 2030 in Betrieb zu haben.

Für die Kritiker kommt diese neuartige Energiequelle in Sachen Klimawandel zwar zu spät, dennoch könnte sie auf einen Schlag die weltweite Energieproblematik lösen. Ob und in welcher Form Bitcoin Mining davon profitieren könnte, bleibt abzuwarten.

Welche Rolle spielt China beim Vorhaben, Bitcoin grüner zu machen?

Wir im Team von Blockchainwelt sind uns einig, dass China eine enorme Rolle dabei spielt, Bitcoin grüner zu machen, wenn nicht sogar die Größte. Etwa 65 Prozent der aktuell weltweiten Hashrate stammt aus China. Russland, die USA, Kasachstan, Malaysia und Iran folgen weit abgeschlagen dahinter mit einem respektiven Anteil von drei bis circa acht Prozent.

Durchschnittlicher Anteil der Hashrate im Bitcoin Netzwerk nach Ländern
Durchschnittlicher Anteil der Hashrate im Bitcoin Netzwerk nach Ländern Quelle: CBECI.org

Die Mining Pools in China nutzen hauptsächlich Strom aus Kohle und Wasserkraft. Während Hydrostrom, also Strom aus Wasserkraft, erneuerbar ist, ist es Kohle als fossiler Brennstoff nicht, zumindest nicht in absehbarer Zeit. Mehrere tausend Jahre dauert die Entstehung neuer Kohle.

Die chinesische Mining Community sah sich in jüngster Vergangenheit mit einigen Schicksalsschlägen konfrontiert. Während Finanzdienstleistungen im Zusammenhang mit Kryptowährungen sowie ICOs bereits seit 2017 verboten sind, trifft es nun auch die Miner im Land. Bisher gibt es noch keine konkreten landesweiten Regularien, wie und in welcher Form das Schürfen von Kryptowährungen untersagt wird. Lediglich die Provinz Innere Mongolei in Chinas Norden legte bereits Entwürfe vor, Bitcoin Mining zeitnah zu verbieten.

Mitte April 2021 kam es zu einem Stromausfall aufgrund einer Sicherheitsinspektion nach einer Überschwemmung in der Fengyuan-Kohlemine im Landkreis Hutubi. Einige Kraftwerke konnten darauf hin nicht weiterarbeiten, was wiederum fast ein Drittel der Rechenleistung des gesamten Bitcoin-Netzwerks lahmlegte. 21 Minenarbeiter verloren dabei ihr Leben.

Dieser Vorfall spiegelte sich sofort im Kursverlauf wider. BTC verlor an diesem Wochenende über 12 Prozent, nachdem er erst unmittelbar zuvor sein bisheriges All Time High von 64.805 US-Dollar markiert hatte.

Einbruch des Kurses nach Minenunglück in China Mitte April
Einbruch des Kurses nach Minenunglück in China Mitte April Quelle: TradingView

Würde ein grüner Bitcoin helfen, die Klimaziele in China zu erreichen?

Chinas Regierung hat große Ambitionen, seine Klimaziele bis 2030 zu erreichen. Gemäß den Plänen des Pariser Abkommens sollen die CO2-Emissionen gegenüber 2005 um über 65 Prozent reduziert werden. Gleichzeitig soll der nicht-fossile Energieanteil auf ca. 25 Prozent ansteigen.

Ein Verbot von Krypto-Mining würde theoretisch dazu beitragen, beziehen doch 65 Prozent der Mining Farmen Kohlestrom. Doch wie sich während der Recherche herausgestellt hat, beabsichtigt China offensichtlich nicht, das Mining per se zu verbieten. Vielmehr geht es der Regierung darum, dass Bitcoin Mining mit fossilen Energieträgern, allen voran Kohle, zu unterbinden, um von dem schmutzigen Image loszukommen.

Insgesamt ist das Mining offenbar auch für die Regierung der Volksrepublik lukrativ, denn dass das Schürfen des digitalen Golds auch mit erneuerbaren Energien möglich ist, beweisen bereits viele Mining Pools. Wollen diese weiter an ihren bisherigen Standorten bleiben, müssen sie aller Voraussicht nach ‘komplett grün’ werden. Das würde auch in anderen Destinationen nicht anders sein.

Auch wenn künftig alles nachhaltiger gestaltet wird und China weiterhin der größte Hashrate Produzent für Bitcoin bleibt, könnte die Regierung unter Staatspräsident Xi Jinping höhere Steuern für Mining-Erträge veranschlagen.

Hoher Kostendruck lastet auf den Minern

Um erfolgreich am Mining Business teilzunehmen, spielen eine Reihe von Faktoren eine mehr oder weniger große Rolle. Letztendlich wollen die Miner, neben dem Profit, auch dafür sorgen, dass das Netzwerk weiterhin optimal funktioniert. Sie arbeiten aus Überzeugung und glauben fest daran, dass der Kurs weiterhin steigt.

Die Wahl des Standortes

Miner wählen ihre geografischen Standorte dahingehend aus, wie teuer die Miete / Pacht beziehungsweise der Kauf von Grundstücken inklusive der Gebäude für die Mining-Anlagen ist. Des Weiteren spielt das Klima vor Ort eine entscheidende Rolle.

Je höher die Außentemperaturen, desto mehr müssen die Hochleistungsminer gekühlt werden, was zusätzliche Stromkosten verursacht. Daher sind Skandinavien, Kanada, Russland und auch die höheren Lagen in China mit ihren insgesamt kühleren Temperaturen für das Mining prädestiniert.

Auch die Versteuerung der Mining-Erträge fällt bei der Standortwahl ins Gewicht. In den USA  zahlen professionelle Miner beispielsweise 15,3 Prozent Steuern auf ihre Profite.

Stromversorgung

In Korrelation mit der Standortwahl steht ebenso die Stromversorgung vor Ort. Welche Energieformen werden zu welchen Preisen angeboten und wie stabil ist die Versorgung. Die meisten Miner setzen daher auf einen Energiemix, um den 24/7 Betrieb ihrer Anlagen zu gewährleisten.

Strom aus Braunkohle beziehungsweise Steinkohle ist nach wie vor die kostengünstigste Variante für den Mining Betrieb. Allerdings ist sie auch die am wenigsten umweltfreundliche Alternative. Elektrizität aus Sonne, Wind, Wasserkraft oder Geothermie hingegen unterstützen die Welt auf dem Weg zu mehr Klimafreundlichkeit oder einem klimaneutralen Leben.

Je nach geografischer Lage und meteorologischen Gegebenheiten vor Ort, richten sich auch die Strompreise. Energie erzeugt aus Wasserkraft beispielsweise ist in China weitaus günstiger als hierzulande. Die Unmengen an Schmelzwasser aus den Hochgebirgsregionen Chinas sowie die monsunartigen Regenfälle in den Sommermonaten stellen mehr als genügend Wasser bereit, um daraus Strom zu erzeugen.

Mining Hardware

Hardware

Neben der Wahl des Standortes sowie des Energiemixes zum Betrieb der Mininganlagen spielen selbstverständlich auch die Kosten für die Mining Rigs selbst eine große Rolle.

Seit Beginn des Bullruns von Bitcoin stieg die Nachfrage an Mining Equipment rapide an und somit auch der Preis für die wenig verfügbaren Geräte. Dieser Nachfrage konnten die Hersteller von ASIC Antminer und Co. nicht mehr nachkommen. Selbst der Secondhand-Markt für Mining Rigs ist davon betroffen. Die Kosten für ‘veraltete’ Geräte stiegen teilweise um 50 bis 60 Prozent.

Die Lebensdauer der Hardware ist zudem recht kurz, auch wenn sie aktuell häufig ein zweites Leben erhält. In den kommenden Jahren bedeutet es dennoch eine beträchtliche Menge an Elektronikmüll. Zudem verschärfen die Mining-Geräte die aktuelle globale Chip-Knappheit. Sie konkurrieren um die gleichen Chips wie Smartphones und Elektrofahrzeuge, die zum Klimawandel beitragen sollen.

Fazit – Grüner Bitcoin ja, aber zu welchem Preis?

Um auf die Titelfrage einzugehen, wann der grüne Bitcoin kommt, gibt es keine verlässliche Antwort. Sicher ist, dass sich die Krypto-Gemeinde im Klaren darüber ist, dass das BTC Mining mehr auf Strom aus erneuerbaren Quellen setzen sollte.

Meiner Meinung nach sollte dieses Umdenken allerdings aus Gründen der Nachhaltigkeit nicht nachwachsender Ressourcen und nicht aus denen eines angeblich menschengemachten Klimawandels heraus geschehen. Schon 2007 berichtete die FAZ, dass es in der Vergangenheit immer wieder zu Auf- und Abstiegen der Temperatur auf der Erde kam und CO2 dabei kaum bis gar keine Rolle spielte.

Letztendlich geht es aber auch darum, die für das BTC Mining benötigte Energie bereitzustellen. Je weiter der Bitcoin Kurs steigt, desto mehr Leute wollen davon profitieren und selbst Teil des Netzwerks sein. Also geht es darum, eine klimafreundliche Stromerzeugung zu gewährleisten, um einerseits die Regierungen im Hinblick auf die Erreichung ihrer Klimaziele nicht zu behindern und andererseits das wachsende Bitcoin Netzwerk aufrechtzuerhalten. 

Ist das gewährleistet und ein stabiler Energiemix vorhanden, sollte eine grünere Version von Bitcoin in Zukunft realisierbar sein. Bleibt noch die Frage der Nachhaltigkeit der Mining-Geräte selbst. Hierfür gilt es noch eine adäquate Lösung zu finden. Je schneller die Entwicklung neuer, effizienter Miner voranschreitet, desto schneller werden die ‘alten’ Rigs ausgemustert. Finden sie auch im Secondhand-Bereich keine Verwendung mehr, enden sie als Elektroschrott.

Es wird auch künftig keine Allgemeinlösung geben, die alle Parteien zufriedenstellt. Wichtig finde ich, dass weiterhin nach Optimierungen gesucht und zumindest eine bestmögliche Annäherung der Interessen erzielt wird.

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