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Proof-of-Work. Who's got the Power?

Auf Grund des Energiekonsums des Bitcoin Netzwerks sei die Kryptowährung ökologisch bedenklich. Aber stimmt das auch?

Der Energieverbrauch des Bitcoin Netzwerkes fällt nicht vom Himmel. Er ist die Konsequenz des proof-of-work Ansatzes, der den Nachweis erbrachter Rechenleistung für die Generierung und Validierung von Blöcken im Netzwerk voraussetzt. Auf diese Weise wird das Netzwerk gegen Fälschungsversuche gesichert. Die Erbringung von Rechenleistung im Sinne dieser Sicherheit erfordert den Einsatz elektrischer Energie für den Betrieb der notwendigen Computer.

Die vom Bitcoin Netzwerks benötigte Energie steigt jedoch nicht Jahr für Jahr kontinuierlich an. Sie hängt zum einen am Schwierigkeitsgrad der für den proof-of-work zu lösenden mathematischen Aufgaben. Der andere, oft ignorierte Faktor ist die Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz der eingesetzten Rechner. Jeder Betreiber eines solchen Computers steht vor der klassischen Frage der Wirtschaftlichkeit und verfolgt das Ziel, mit möglichst wenig Aufwand den Ertrag zu maximieren.

Die nennenswerten Einflussfaktoren sind:

  • Die Energiekosten
  • Die Kosten neuer Hardware im Vergleich zu deren höherer Leistungsfähigkeit
  • Die Kosten neuer Hardware und deren positiver Beitrag durch eine verbesserte Energieeffizienz

Energiekosten

Die Energiekosten sind regional sehr unterschiedlich. Während Deutschland unlängst Dänemark hinter sich ließ und nun weltweit die Rangliste der höchsten Strompreise anführt, gibt es Gegenden, in denen Strom im Überfluss vorhanden ist und daher so gut wie nichts kostet. Ein Beispiel hierfür ist das mit Geothermie reich gesegnete Island. Die Erdwärme ist immer da und kann nicht anderweitig von der Insel über den Globus transportiert werden. Daher ist es ist nicht nachhaltiger, sie nicht anzuzapfen. Da Betreiber von Mining-Rechnern unter einem enormen Konkurrenzdruck stehen, machen sie um Regionen mit knapper und daher teurer Energie einen weiten Bogen machen.

Leistungsfähigkeit der Hardware

Die Leistungsfähigkeit neuer Hardware nimmt seit Dekaden zu. Ein wenig beachteter Faktor ist die ebenfalls deutlich gestiegene Rechenleistung im Verhältnis zum Energieverbrauch. Entwicklungen hin zu einer verbesserten Effizienz gibt es nicht nur dort, wo man sie sieht, etwa bei den LED Lampen, sondern auch im Verborgenen. Das halbjährliche Ranking der Green500, einer Einstufung von Hochleistungsrechnern, weist für die letzten Jahre beeindruckende Verbesserungen aus. Die Energieeffizienz der Toprechner wird in Gigaflops/Watt gemessen. Von 2013 bis 2020 stieg dieser Wert von rund 5 auf mehr als 26. Eine solche Steigerung ist vergleichbar mit dem Sprung in der Lichtausbeute bei Wechsel von einer klassischen und einer LED Glühlampe.

Diese Effizienzsteigerung wird weiter voranschreiten. Eine statische Beurteilung des Energieverbrauchs von Computern unter Ausblendung des technischen Fortschritts ist daher irreführend und rückwärtsgewandt.

Detailarme Generalkritik

Die Kritik am Energieverbrauch des Bitcoin und anderer proof-of-stake Kryptos hat häufig einen emotional Klang und lässt den zur sachlichen Einstufung notwendigen Kontext vermissen. Ort wird die Frage aufgeworfen, ob es denn generell zu rechtfertigen sei, wenn eine Währung einen Energiekonsum aufweise, der vergleichbar mit dem eines Landes von der Größe der Schweiz sei. Diese Fragestellung schreibt allen anderen Währungen generell eine dem Nutzen angemessene Energieeffizienz zu.

Neben dieser zumindest fragwürdigen Zuschreibung muss die Frage gestellt werden, wer in der globalen Betrachtung beim Bitcoin oder anderen Entwicklungen wem gegenüber Rechenschaft schuldig sein soll. Eine wie auch immer geartete Einheitsmeinung, welcher Energiekonsum gut oder schlecht ist, existiert nicht. Es dürfte auch schwierig werden Japaner und Chinesen davon zu überzeugen, sich aus Gründen der Energieeffizienz auf eine ihrer beiden staatlich kontrollierten Währungen zu einigen und die andere abzuschaffen.

Energieverbrauch im Kontext

Es ist beliebt, irgendwelche Datenpunkte hinauszurufen, ohne ein Bezugssystem zu nennen. So wird oft der Energieverbrauch des Bitcoin Netzwerkes mit dem Stromverbrauch einzelner Länder verglichen, ein wenig informativer Vergleich. Stellen wir daher den geschätzten Stromverbrauch in einen größeren Zusammenhang.

Der wirkliche Verbrauch des Netzwerks kann nur geschätzt werden. Es gibt verschiedene Analysten, die sich diesem Thema widmen, darunter auch das Team vom Centre of Alternative Finance der University of Cambridge. Wir wählen bewusst diese Quelle, da die Schätzungen der Briten eher am oberen Rand des Spektrums liegen.

Aktuell liegt die Schätzung für den annualisierten Verbrauch des dezentralen Netzwerks bei 126 Terrawattstunden (TWh). Die Schwankungsbreite dieser Schätzungen ist enorm, wie der Vergleich des aktuellen Spitzenwertes mit dem niedrigsten Wert des laufenden Jahres in Höhe von 56 TWh und dem Maximalwert des Jahres 2020 zeigt. Letzterer lag bei 87 TWh. Zum Vergleich: Ein Artikel auf der Internetseite des Energieversorgers Eon nennt als Schätzung für den jährlichen Verbrauch globaler Videostreamingdienste einen Wert von 200 TWh. “Tendenz steigend”.

Dieser Vergleich mit einer von vielen regelmäßig genutzten Dienstleistung zeigt, wie sehr der Verbrauch alltäglicher Dinge unterschätzt wird.

Auch die Einordnung des Energiebarfs des Bitcoin Netzwerks in den globalen Energiekonsum ist ein wichtiger Schritt. Gerne werden Vergleiche angestellt, die lediglich den Stromverbrauch von A mit dem Stromverbrauch von B gegenüberstellen. Der Anteil des elektrischen Strom am weltweiten Gesamtenergieverbrauch beträgt jedoch nur ein Fünftel. Auswertungen, die sich allein auf den Strom konzentrieren, wirken daher oft dramatischer als es die Fakten hergeben.

Die folgende Grafik zeigt die Entwicklung des globalen Energiekonsum umgerechnet in TWh.

Der jährlich erscheinende und immer lesenswerte Statistical Review of World Energy hält alle relevanten Daten bereit. Der globale Energiekonsum im Jahr 2019 belief sich auf 583,90 Exajoule (EJ). Ein Exajoule sind rund 277,78 TWh, so dass sich in dieser Einheit dargestellt ein globaler Konsum von rund 162.000 TWh ergibt.

Dieser Energieverbrauch legt seit den 1960er Jahren im Mittel um rund 2000 TWh jährlich zu. Die folgende Grafik zeigt den jährlichen Zuwachs des Primärenergiekonsums und die für die letzen Jahre vorliegende Schätzung des Gesamtverbrauchs des Bitcoin Netzwerks gemäß der University of Cambridge.

Der Beitrag des Bitcoin ist sichtbar, stellt aber keine Rechtfertigung für eine emotional aufgeheizte Grundsatzdiskussion über die Sinnhaftigkeit einer dezentralen Währung dar. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund der technologischen Möglichkeiten, die eine dezentrale Währung mit sich bringt, sei es die Ablösung althergebrachter Abwicklungssysteme oder die Bereitstellung von Zahlungsdienstleistungen für Menschen, die bisher keinerlei Zugang zu Finanzdienstleistungen haben.

Ein globales, dezentrales Zahlungsnetzwerk bringt enorme Vorteile mit sich. Es dient nicht der Unterhaltung, der Selbstdarstellung oder dem Freizeitvergnügen.

Auf ein häufiges Missverständnis sei an dieser Stelle noch hingewiesen. Der Stromverbrauch des Bitcoin Netzwerks wächst nicht proportional zur Anzahl der durchgeführten Transaktionen. Diese Annahme ist schlichtweg falsch. Noch irreführender ist der oft zu lesende Vergleich von Bitcoin Transaktionen mit Kreditkartentransaktionen über das Netzwerk von VISA. Eine Bitcoin Transaktion ist final und bedarf keiner weiteren Infrastruktur. Wie soll man sich eine VISA Transaktion ohne die die dahinter stehenden Zahlungs- und Abwicklungssysteme vom Fedwire bis zum Korrespondenzbankensystem vorstellen?

Sind die Alternativen besser?

Auch die Bereitstellung von Fiat Geld ist nicht umsonst. Der Energieverbrauch ist ebenfalls offensichtlich, wird jedoch selten addressiert, was zum Teil an der schwierigen Messbarkeit liegen dürfte. Banknoten werden gedruckt, Automaten befüllt und im bargeldlosen Zahlungsverkehr wird es ohne die Rechnenzentren von VISA, PayPal & Co sowie die dahinter liegenden Abwicklungsdienstleistungen rasch dunkel.

Dazu gesellen sich weltweit unzählige Gebäude und Mitarbeiter sowie ein funktionierender Apparat, der den Kern des Fiat Geldes, das Vertrauen, aufrecht zu erhalten sucht. Wie wäre es wohl um den Außenwert und den Status des US-Dollar als Reservewährung ohne das US Militär bestellt?

Bitcoin - ein „Green Coin“?

Während konventionelle monetäre Systeme die Bezugsquellen ihres Stroms nicht aussuchen können, ist das Bitcoin Mining vollkommen standortunabhängig. Da Strom der wesentliche Input für das Bitcoin Netzwerk ist, suchen sich Miner immer den günstigsten Standort aus. Oft befindet sich der Sitz der Unternehmungen nahe dem Ort der Stromerzeugung und häufig stammt der Strom aus sehr günstigen erneuerbaren Quellen.

Dies sind oft entlegene Orte, an denen die Nachfrage nach Strom sehr viel geringer als das Angebot ist. Dies hat damit zu tun, das nicht jedes Land bzw. Region über ausgeklügelte, riesige Verteilernetze verfügt. Manchmal sind die Entfernungen auch einfach größer, als sich mancher Mitteleuopäer das vorstellen mag. Dies gilt zum Beispiel für China, wo auf Grund der langfristigen Wirtschaftsplanung und der optimistischen Wachstumsprognoesen gerne mal größere Kraftwerke zur Verfügung stellt, als der aktuelle Verbrauch suggeriert.

Erneuerbare Energien, lassen sich nicht einfach an- und abschalten, Mining Rechner schon. So werden durch die Miningrechner aktiv Angebotsüberhänge genutzt und die uhrzeitabhängige Verbrauchslücke lässt sich profitabel schließen. Dies hat den angenehmen Nebeneffekt, die Amortisierungsdauer der jeweiligen Energiequelle deutlich zu verkürzen. Wenig überraschend beträgt der Anteil der erneuerbaren Energien am gesamten Verbrauch des Bitcoin Mining mehr als 75%.

Fazit

Die Diskussion um den Energieverbrauch des Bitcoin und anderer proof-of-work Kryptoassets ist emotional aufgeladen. Neben der Einordnung in den globalen Kontext fehlt es oft an elementaren Kenntnissen über die Funktionsweise des Bitcoin und leider auch an der Bereitschaft diese Lücken zu schließen.

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