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Klimaschutzbremser Bitcoin

Bitcoin
Die Produktion von Bitcoins und anderen Blockchain-Produkten erfordert enorme Rechenleistung und Energie. (Bild: adventtr/ iStock)

Drei Viertel aller weltweit gehandelten Bitcoins werden von Rechnern in China erzeugt – Tendenz steigend. Welche Folgen dies für den Energieverbrauch und die Kohlendioxid-Emissionen des Landes hat, haben nun Forscher näher untersucht. Demnach könnten die Bitcoin-Miner in China schon 2024 jährlich knapp 300 Terawattstunden Energie benötigen und 130 Millionen Tonnen CO2 ausstoßen. Dies entspräche dem gesamten jährlichen Treibhausgas-Ausstoß von Ländern wie Tschechien oder Qatar. Wird nicht gegengesteuert, dann könnte allein dieses erste Beispiel für angewandte Blockchain-Technologie die Klimaschutzziele Chinas, aber auch der Welt torpedieren.

Die Blockchain-Technologie gilt als vielversprechende Methode, um Transaktionen künftig dezentral und trotzdem sicher abzuwickeln. Denn die mit kryptografischen Rechenoperationen gesicherte und verteilte Struktur der Blockchain stellt sicher, dass die Transaktionen – beispielsweise eine Bezahlung mit Bitcoins oder auch ein Vertrag – nicht nachträglich verändert oder gefälscht werden können. Konkret bedeutet dies: Bevor an die Kette der weltweit verfügbaren Blockchain ein neuer Block mit Transaktionen angehängt werden kann, muss für ihn eine kryptografische Rechenoperation durchgeführt werden. Diese sogenannte Hashfunktion erzeugt aus einem Text oder anderen Daten eine quasi zufällige Abfolge von Ziffern und Zahlen. Einmal erzeugt, sind die Details der Transaktion mit diesem Hash verschlüsselt, andererseits manipulationssicher, denn jede nachträgliche Veränderung verändert auch den Hash. Diese Technologie kann damit zum Beispiel für finanzielle Transaktionen, aber auch zur Absicherung von Verträgen, zur Kontrolle von Lieferketten und in der Logistik eingesetzt werden.

CO2-Fußabdruck der Bitcoin-Industrie

Das Problem ist jedoch der Rechenaufwand für die Blockchain-Operationen, wie sich am Beispiel der Blockchain-basierten Kryptowährung Bitcoin zeigt. Rückgrat dieses Systems sind die Bitcoin-Miner, deren Hochleistungsrechner die kryptografischen Funktionen lösen, durch die neue Blöcke für Blockchains erzeugt werden. Wer zuerst den Hash für eine Transaktion liefert, bekommt Geld in Form von Bitcoins. Diese Anreize in Kombination mit absichtlich eingeführten Erschwernissen führen dazu, dass die Bitcoin-Miner immer leistungsfähigere und damit auch stromfressendere Prozessoren einsetzen. Schon 2018 schätzten Forscher, dass das globale Bitcoin-System dadurch im Jahr so viel Strom verbraucht wie Irland oder Dänemark. Welche Folgen dies für die Treibhausgas-Emissionen der Blockchain-Technologie und deren CO2-Fußabsdruck hat, haben nun Shangrong Jiang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und seine Kollegen nun näher untersucht.

Als Fallbeispiel wählte das Forschungsteam dabei die Bitcoin-Miner in China – dem Land, in dem zurzeit rund 78 Prozent aller weltweiten Bitcoin-Mining-Operationen durchgeführt werden. „Wegen der Nähe zu den Herstellern der speziellen Hardware und dem Zugang zu billigem Strom hat sich die Mehrheit der Mining-Anlagen in China angesiedelt“, erklären die Wissenschaftler. „Ohne entsprechende Interventionen und Maßnahmen könnten sich die intensiven Blockchain-Operationen in China aber schnell zu einer Bedrohung für die Klimaschutzziele des Landes auswachsen.“ Denn anders als in vielen skandinavischen Ländern, wo Wasserkraft günstigen Strom liefert, nutzen die Bitcoin-Miner in China noch immer zum großen Teil Strom aus Kohle – und treiben so den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen des Landes in die Höhe.

CO2-Emissionen wie Tschechien

Wie viel Emissionen die Bitcoin-Mining-Branche in China pro Jahr erzeugt und wie die Entwicklung in den nächsten drei Jahren weitergeht, haben Jiang und seine Kollegen mithilfe eines Modells untersucht. Dafür ermittelten sie zunächst den CO2-Fußabdruck der chinesischen Bitcoin-Industrie und simulierten zunächst, was passieren würde, wenn die aktuellen Trends sich ohne größere staatliche Eingriffe bis 2024 fortsetzten. Den Simulationen zufolge könnte dann allein die Bitcoin-Produktion in China pro Jahr 297 Terawattstunden Energie verbrauchen. „Damit wird die chinesische Bitcoin-Blockchain den Energieverbrauch von Ländern wie Italien oder Saudi-Arabien erreichen und im Länder-Ranking der größten Energieverbraucher auf Platz zwölf landen“, berichten die Forscher. Weil zumindest ein Teil der nötigen Energie aber noch immer durch Kohleverbrennung erzeugt wird, wären die Bitcoin-Miner in China für den jährlichen Ausstoß von rund 130 Millionen Tonnen CO2 verantwortlich. Das entspräche den Emissionen kleinerer bis mittlerer Länder wie Tschechien oder Qatar.

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Und auch innerhalb Chinas gehört die Bitcoin-Industrie zu einem der größten Verursacher von Treibhausgasen: Im Jahr 2024 wäre der jährliche Peak-CO2-Ausstoß der Bitcoin-Mining-Industrie der zehngrößte Emittent unter den 42 großen Industriesektoren Chinas“, so die Forscher. Insgesamt macht Bitcoin 5,4 Prozent des nationalen CO2-Emissionsbudgets aus. Das aber bedeutet: Erfährt die Blockchain-Technologie weiterhin solche Zuwächse wie bisher oder sogar noch stärkere, dann könnte dieser Wirtschaftssektor für die Klimabilanz Chinas – aber auch der Welt – zu einem ernsthaften Problem werden. „Die hohen Treibhausgas-Emissionen bilden eine Barriere für die weltweiten Bemühungen einer Emissionssenkung in der nahen Zukunft“, betonen Jiang und sein Team.

Wie man gegensteuern könnte, haben sie in ihrem Modell ebenfalls untersucht, indem sie den Effekt von CO2-Steuern beziehungsweise einer CO2-Bepreisung einerseits und die Wirkung von staatlichen Vorgaben zur Ansiedlung der Bitcoin-Miner nur in bestimmten, vorwiegend durch Wasserkraft oder andere alternative Energien versorgten Gebieten andererseits simulierten. Es zeigte sich, dass aktuelle Maßnahmen zur CO2-Bepreisung die Entwicklung kaum eindämmen können – sie wären 2024 kaum niedriger als im Ausgangsszenario. Deutlich mehr Einfluss könnten dagegen konkrete Vorgaben für die Platzierung und Versorgung der Anlagen sein. Das könnte dazu führen, dass sich die CO2-Emissionen der Bitcoin-Industrie halbieren, so die Forscher. Ihrer Ansicht nach ist die Blockchain-Technologie nur dann eine vielversprechende Zukunftstechnologie, wenn man das Emissionsproblem in den Griff bekommt. „Auch wenn die Blockchain-Technologie in der Wirtschaft eine immer wichtigere Rolle spielen könnte – letztendlich liegt die Entscheidung dafür, diese Technologie einzusetzen, in den Händen des Menschen“, betont das Team abschließend.

Quelle: Shangrong Jiang (University of Chinese Academy of Sciences, Beijing) et al., Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-021-22256-3

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