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Auswege aus dem Energie-Dilemma der Blockchain

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Kann man bei der Blockchain den Energiehunger in den Griff bekommen und den CO2-Fußabdruck verringern? Hoffnung machen regenerative Stromquellen, die Verlegung von Rechenzentren in kühle Gefilde, neue Sicherheitsmechanismen und alternative Kryptowährungen.

So geheimnisvoll immateriell und geräuschlos ein Bitcoin in die Welt kommt, so tief sind seine ökologischen Fußabdrücke, die er dort hinterlässt. Zu tun hat das mit dem sogenannten Mining (zu Deutsch Schürfen), einem Begriff der passenderweise seinen Ursprung im ökologisch ebenso fragwürdigen Bergbau hat. Bei der mit der Blockchain verbundenen Kryptowährung Bitcoin sind die „Schürfer“ jene Personen, die das System durch Bereitstellung ihrer Hardware, Rechenleistung und Internetkonnektivität funktionsfähig machen. Miner haben die Aufgabe, die in den Blocks der Blockchain festgehaltenen Transaktionen zu prüfen und zu beglaubigen. Jeder neue Block generiert dabei virtuelle Werte in Form von Bitcoins, die an die Miner ausgegeben werden. Die für Prüfung und Verifizierung notwendigen Verfahren erfordern einen enormen Rechenaufwand, der sich zudem im Wettbewerb der Miner vervielfacht. Nachdem nur jene zum Zuge kommen, die dank höherer Rechenleistung schneller reagieren, ist ein zunehmendes Wettrüsten in Sachen Rechen-Power die logische Folge.
 

Erschreckende Zahlen beim Energieverbrauch


Welch gigantische Energiemengen in den Rechenverfahren rund um das Mining verschlungen werden, geht zum Beispiel aus einer Studie der Universität Cambridge hervor. Die Forscher kamen zum Ergebnis, dass im Jahr 2019 der weltweite Bitcoin-Handel 58,5 Terawattstunden (TWh) an Strom verbraucht hat – also vergleichsweise mehr als im selben Zeitraum ganz Österreich. Für eine einzelne Transaktion schlagen 515 Kilowattstunden (KWh) zu Buche, was der Menge an Strom entspricht, mit der ein durchschnittlicher heimischer Zweipersonenhaushalt 75 Tage auskommt. Eine konventionelle digitale Überweisung verbraucht übrigens rund zwei Wattstunden, also etwa 250.000 Mal weniger als eine Bitcoin-Überweisung.
 

CO2-Emissionen beim Mining


Will man den Energieverbrauch der bekanntesten Blockchain-basierten Kryptowährung als CO2-Fußabdruck darstellen, kommt man ebenfalls zu erstaunlichen Zahlen. Laut Bitcoin Energy Consumption Index der Plattform Digiconomist verursachte der Energieverbrauch beim Mining CO2-Emissionen in der Höhe von 35 Millionen Tonnen, was beispielhaft dem CO2-Ausstoß von ganz Dänemark entspricht. Jede einzelne Bitcoin-Transaktion produziert knapp 300 Kilogramm CO2  – so viel wie ein neu zugelassener Pkw (Durchschnittswert aller Pkws in Österreich) auf einer 2400 Kilometer langen Fahrtstrecke, also etwa der Strecke Wien-Madrid.
 

Regenerative Quellen und Kälte


Experten, die diese verheerende Ökobilanz in Zweifel stellen, sind nicht bekannt. Jedoch mehren sich die Stimmen, die auf die vielen Möglichkeiten hinweisen, wie die Blockchain-Technologie, der so viel konstruktives Potenzial zugeschrieben wird, künftig ökologisch nachhaltiger funktionieren kann. Das hängt zum Beispiel mit der Frage zusammen, wie und wo der benötigte Strom produziert wird.
Keine gute Nachricht ist in diesem Zusammenhang zunächst, dass China gerade eine 180-Grad-Wende vom vormaligen Bitcoin-Ächter zum aktuellen Förderer und Standardsetzer vollzieht. Die niedrigen Stromkosten im Norden Chinas sind ideal für den Bau riesiger Rechenzentren. Strom wird dort allerdings in umweltfeindlichen Kohlekraftwerken produziert. Alternativen tun Not, einige Lösungsansätze gibt es schon.
 

Sibirien: Attraktiv für Rechenzentren


Als im nachhaltigen Sinne attraktiver Ort für stromhungrige Rechenzentren bietet sich beispielsweise zunehmend Island an, wo Strom ausschließlich CO2-neutral aus Geothermie und Wasserkraft gewonnen wird. Generell bieten Länder rund um den Polarkreis den entscheidenden Vorteil, dass in der arktischen Kälte Rechenzentren leicht und somit umweltfreundlich gekühlt werden können. Dieses Wissen macht sich z. B. das georgische Unternehmen Meatec zunutze, das auf Sibirien als Standort für Rechenfarmen setzt. Dort stehen riesige Wasserkraftwerke, die einst der Stromversorgung der heute eher brachliegenden russischen Aluminiumproduktion dienten. Laut Maetec ist mit der Standortwahl Sibirien in dreierlei Hinsicht Gutes getan: Beim Mining wird auf 100 Prozent Wasserkraftstrom gesetzt, der zudem kostengünstig ist und die angeschlagene Wirtschaft der Region unterstützt.
 

Alternativen zu Bitcoin


Hoffnungen auf eine nachhaltigere Funktionsweise der Blockchain machen auch andere Kryptowährungen, die keinen sogenannten Proof-of-Work-Algorithmus (PoW) benötigen, durch den Transaktionen verifiziert und Bitcoins generiert werden. „Viele Blockchain-Anwendungen für Unternehmenszwecke kommen heute ohne den energieintensiven PoW aus. Die Voraussetzung dafür sind Netzwerke, die nicht wie das Bitcoin Network frei zugänglich sind, sondern einer Erlaubnis bedürfen (permission-based)“, sagt Arman Sarhaddar, CEO der Schweizer Blockchain-Schmiede Vault Security Systems. Dadurch würden sich die benötigte Rechenleistung und damit der Energiebedarf um ein Vielfaches reduzieren.
 

„Grüne“ Alternativen zu Bitcoin


Ein Beispiel stellt die Abwicklung der Blockchain über das System Ethereum mit der Kryptowährung Ether dar, die Stand 2019 nach dem Bitcoin die weltweite Nummer zwei hinsichtlich der Marktkapitalisierung ist. Das beachtenswerteste an Ethereum ist, dass über das Blockchain-Protokoll programmierte Codes implementiert werden können (sogenannte Smart Contracts), die sich beim Eintreten definierter Bedingungen selbst ausführen. Dadurch ist es möglich, ganze Anwendungen über die dezentrale Blockchain zu hosten und auszuführen. Kritiker merken allerdings an, dass die hier verwendeten Konsensverfahren das System in Fragen der Sicherheit gefährden könnten, also in einem der zentralen Atouts und Argumenten für Blockchain-Anwendungen.

Zu den aufstrebenden „grünen“ Alternativen zu Bitcoin hat sich unter den weltweit rund 4500 existierenden Kryptowährungen in den letzten Jahren auch der XRP des amerikanischen Blockchain-Netzes Ripple entwickelt. Konzipiert ist er in erster Linie, um Transaktionen von Finanzinstituten nachhaltig und effizient zu gestalten. Das nachhaltige „Geheimnis“: Alle (100 Milliarden) XRP Coins wurden auf einmal erstellt und müssen nicht erst durch energieaufwendiges Mining erschaffen werden.
 

Sauber und sicher, aber . . .


An einer weiteren energiesparenden Alternative arbeiten gerade Forscher der ETH Lausanne. Entwickelt wurde ein Algorithmus namens Byzantine Reliable Broadcast, der den für Transaktionen notwendigen Sicherheitsmechanismus neu definiert – und dabei wesentlich vereinfacht. Laut Forscher käme der Energieverbrauch bei dieser Herangehensweise etwa dem vom Austausch von E-Mails gleich. Für eine Blockchain-Transaktion würden dann statt 300 Kilogramm CO2 nur mehr wenige Gramm ausgestoßen werden. In Sachen Sicherheit der Transaktionen steht das neue System dem klassischen angeblich um nichts nach.
Eine Einschränkung gibt es laut dem ETH-Lausanne-Team aber doch: Byzantine Reliable Broadcast ist nicht für alle Anwendungen geeignet. Hoch komplexe Transaktionen sind etwa nicht möglich. Relativ einfache Anwendungen wie zum Beispiel ein Bezahlsystem für ein Bike-Sharing-Angebot wären aber denkbar. Auf die eierlegende Wollmilchsau muss in der Blockchain-Community also noch gewartet werden.