Krypto-Assets wie Bitcoin werden oft dafür kritisiert, dass sie aufgrund der energieintensiven "Mining"-Aktivitäten mehr Energie verbrauchen als ganze Länder. Andere Krypto-Assets wie Ethereum verbrauchen jedoch deutlich weniger Energie, und viele Krypto-Asset-Mining-Aktivitäten nutzen erneuerbare Energie oder Energie, die sonst verschwendet würde, wie z. B. Abfackelgas aus Ölbohrungen.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Krypto-Assets suchen Regierungsvertreter nach Orientierungshilfen, um politische Entscheidungen zu treffen und eine verantwortungsvolle Entwicklung von Krypto-Assets und den ihnen zugrunde liegenden Blockchain-Technologien zu gewährleisten. Dieser Artikel gibt einen kurzen Überblick über die Faktoren, die den Energieverbrauch von Krypto-Assets beeinflussen, und untersucht einen Bericht des Büros für Wissenschafts- und Technologiepolitik des Weißen Hauses, der die Auswirkungen von Krypto-Assets auf Klima und Energie bewertet.
Was treibt den Energieverbrauch von Krypto-Assets an?
Der Energieverbrauch von Krypto-Vermögenswerten ist in erster Linie auf die zugrunde liegende Blockchain-Technologie und den Prozess zurückzuführen, durch den neue Blöcke zur Blockchain hinzugefügt werden. Eine Blockchain ist ein digitales, verteiltes Hauptbuch, das es Parteien, die sich sonst nicht vertrauen würden, ermöglicht, sich über den aktuellen Besitz und die Verteilung von Vermögenswerten zu einigen. Eine Partei oder ein "Knoten" in dem verteilten Netzwerk schlägt einen Block - eine Reihe von Krypto-Vermögenstransaktionen und/oder andere Daten - vor, der der Blockchain hinzugefügt werden soll, und die anderen Knoten überprüfen die Gültigkeit des Blocks. Nachdem die Knotenpunkte einen Konsens erzielt haben, wird der neue Block der Blockchain hinzugefügt.
Einige Krypto-Assets wie Bitcoin verwenden einen Proof-of-Work-Konsensmechanismus (PoW), um zu bestimmen, welcher Knoten berechtigt ist, den nächsten Block zur Blockchain hinzuzufügen. Dieser Prozess wird als "Mining" bezeichnet und beinhaltet, dass den Knoten ein schwieriges Rechenproblem gestellt wird. Der erste Knoten, der das Problem löst, schlägt die Lösung den anderen Knoten vor, die dann überprüfen, ob die Lösung gültig ist. Nach der Überprüfung wird der neue Block der Blockchain hinzugefügt, und der erste Knoten, der die Lösung gefunden hat, wird belohnt, in der Regel mit Einheiten des entsprechenden Krypto-Assets. Krypto-Vermögenswerte, die einen PoW-Algorithmus verwenden, benötigen beträchtliche Energie, um sowohl (1) die Rechengeräte zu betreiben, die versuchen, das Rechenproblem zu lösen, als auch (2) Kühlung bereitzustellen, um die von den Rechengeräten während des Betriebs erzeugte Wärme auszugleichen.
Andere Krypto-Vermögenswerte verwenden weniger energieintensive Konsensmechanismen, wie z. B. Proof-of-Stake (PoS), um zu bestimmen, welcher Knoten berechtigt ist, den nächsten Block zur Blockchain hinzuzufügen. In einem PoS-System müssen die Knoten nicht eine schwierige Rechenaufgabe lösen, sondern ein Knoten wird nach dem Zufallsprinzip ausgewählt, basierend auf der Höhe des Krypto-Vermögens, das bei dem Knoten "eingesetzt" wurde. Die größte Kryptowährung nach Marktkapitalisierung, die einen PoS-Konsensmechanismus verwendet, ist die Ethereum-Blockchain. Ethereum ging im September 2022 im Rahmen eines als "The Merge" bekannten Netzwerk-Upgrades von PoW auf PoS über, wodurch der Energieverbrauch von Ethereum um schätzungsweise 99,95 % gesenkt wurde.
Bericht des Büros für Wissenschafts- und Technologiepolitik des Weißen Hauses
Im September 2022 veröffentlichte das Büro für Wissenschafts- und Technologiepolitik des Weißen Hauses einen Bericht, der die Auswirkungen von Krypto-Assets auf Klima und Energie untersucht. Der Bericht geht auf die im März 2022 von Präsident Biden erlassene Durchführungsverordnung 14067 zur Gewährleistung einer verantwortungsvollen Entwicklung digitaler Vermögenswerte ein und beantwortet die vier wichtigsten in der Durchführungsverordnung gestellten Fragen:
- Wie wirken sich digitale Assets auf die Energienutzung, einschließlich Netzmanagement und -zuverlässigkeit, Energieeffizienzanreize und -standards sowie Energieversorgungsquellen aus?
- Welches Ausmaß haben die Klima-, Energie- und Umweltauswirkungen digitaler Anlagen im Vergleich zu anderen Energienutzungen, und welche Innovationen und Maßnahmen sind bei den zugrunde liegenden Daten erforderlich, um solide Vergleiche zu ermöglichen?
- Welches sind die potenziellen Einsatzmöglichkeiten der Blockchain-Technologie zur Unterstützung der Klimaüberwachung oder von Technologien zur Eindämmung des Klimawandels?
- Welche wichtigen politischen Entscheidungen, kritischen Innovationen, Forschungs- und Entwicklungsarbeiten und Bewertungsinstrumente sind erforderlich, um die Auswirkungen digitaler Güter auf Klima, Energie und Umwelt zu minimieren oder abzuschwächen?
Die wichtigsten Ergebnisse des Berichts
Krypto-Assets verbrauchen eine beträchtliche Menge an Energie, profitieren aber auch vom Stromnetz
Der Bericht schätzt, dass der weltweite jährliche Stromverbrauch für Krypto-Assets im August 2022 zwischen 120 und 240 Milliarden Kilowattstunden liegen wird, was mindestens das Doppelte der Schätzung von 2018 ist. Dies entspricht 0,4 % bis 0,9 % des jährlichen weltweiten Stromverbrauchs und ist mehr als der jährliche Stromverbrauch vieler einzelner Länder wie Argentinien oder Australien. In den Vereinigten Staaten ist schätzungsweise ein Drittel der weltweiten Krypto-Asset-Operationen angesiedelt, die derzeit etwa 0,9 % bis 1,7 % des gesamten US-Stromverbrauchs verbrauchen.
In dem Bericht wird die Besorgnis geäußert, dass der Stromverbrauch aus dem Krypto-Asset-Mining sich negativ auf das Stromnetz auswirken kann. Der Bericht hebt jedoch auch die Vorteile hervor, die das Krypto-Asset-Mining für das Stromnetz bietet, z. B. die Möglichkeit, den Mining-Betrieb als Netzressource zu nutzen. Krypto-Asset-Mining-Anlagen können ihren Betrieb schnell anpassen, um an Demand-Response-Programmen teilzunehmen und ihren Stromverbrauch in Zeiten hoher Nachfrage sofort zu drosseln, um das Stromnetz zu stabilisieren. Im Juli 2022 veranlassten beispielsweise hohe Temperaturen und eine hohe prognostizierte Stromnachfrage das Electricity Reliability Council of Texas (ERCOT), einen Netznotstand auszurufen, und Bitcoin-Miner, die 1 GW Strom verbrauchen, reagierten Berichten zufolge auf die Aufforderung des ERCOT zur Nachfragereduzierung, indem sie den Mining-Stromverbrauch reduzierten.
Der Bericht räumt ein, dass fast der gesamte Stromverbrauch von Kryptowährungen durch Konsensmechanismen bestimmt wird, wobei PoW den höchsten Energieverbrauch aufweist. Im August 2022 würde Bitcoin schätzungsweise 60 % bis 77 % des gesamten globalen Stromverbrauchs von Krypto-Assets ausmachen, und Ethereum schätzungsweise 20 % bis 39 %, wenn beide Krypto-Assets den PoW-Konsensmechanismus verwenden. Diese Zahlen berücksichtigen jedoch nicht das Merge-Ereignis vom September 2022 für die Ethereum-Blockchain, durch das der Energieverbrauch von Ethereum um schätzungsweise 99,95 % sank.
Einige Krypto-Assets haben andere Umweltauswirkungen im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch
Dem Bericht zufolge verursachte die weltweite Stromerzeugung für die Krypto-Assets mit der größten Marktkapitalisierung zusammen 140 ± 30 Millionen Tonnen Kohlendioxid pro Jahr (MtCO2/y), was etwa 0,3 % der weltweiten jährlichen Treibhausgasemissionen (THG) entspricht. Die Krypto-Aktivitäten in den Vereinigten Staaten werden auf etwa 25 bis 50 Mio. tCO2/Jahr geschätzt, was 0,4 % bis 0,8 % der gesamten Treibhausgasemissionen der USA entspricht. Der Bericht stellt fest, dass die THG-Emissionen aus der Elektrizitätsnutzung je nach Region variieren, da einige Regionen mehr auf kohlenstoffintensive fossile Brennstoffe angewiesen sind, während andere Regionen mehr Kernenergie und erneuerbare Energiequellen nutzen.
Neben dem Stromverbrauch und den Treibhausgasemissionen stellt der Bericht fest, dass der Abbau von Krypto-Assets auch lokale Lärm- und Wasserschäden, Elektronikschrott, Luftverschmutzung und andere Verschmutzungen durch die direkte Nutzung von fossil befeuertem Strom sowie zusätzliche Luft-, Wasser- und Abfallverschmutzungen verursacht, die mit der Nutzung von Strom aus dem Netz verbunden sind. Der Bericht empfiehlt Maßnahmen der Bundesregierung, um eine verantwortungsvolle Entwicklung und Einführung von Krypto-Assets zu fördern und sicherzustellen.
Blockchain als Schlüsseltechnologie für Umweltmärkte und verteilte Energieressourcen
Die Blockchain- und Distributed-Ledger-Technologie (DLT) kann eine Rolle bei der Verbesserung der Marktinfrastruktur für eine Reihe von Märkten, einschließlich Umweltmärkten, spielen. Die Gründe für die Ersetzung bestehender Marktinfrastrukturtechnologien durch DLT hängen jedoch vom Kontext in bestimmten Märkten ab, einschließlich der Umstellungskosten. In dem Bericht wird darauf hingewiesen, dass insbesondere auf den Umweltmärkten diejenigen, die die Einführung der DLT vorschlagen, sicherstellen sollten, dass die Umweltvorteile im Vergleich zum ökologischen Fußabdruck der bestehenden Marktinfrastrukturtechnologien eindeutig sind. Der Bericht empfiehlt außerdem, dass DLT-Einführer sicherstellen, dass der ökologische Fußabdruck der DLT den Nutzen der damit verbundenen ökologischen Marktprodukte nicht aufhebt.
Zu den sich abzeichnenden Anwendungsfällen der DLT gehört das Energiemanagement für verteilte Energieressourcen (DERs) wie Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellen, Batteriesysteme für Privathaushalte und Unternehmen sowie Solaranlagen. DLT könnte als digitales Hauptbuch für die Registrierung, Authentifizierung und Teilnahme dieser DERs an einem intelligenten Netz dienen und einen flexiblen Netzbetrieb ermöglichen, wenn mehr variable erneuerbare Energien eingeführt werden. Darüber hinaus könnte die DLT eine Überprüfung ermöglichen, indem sie Netzbetreibern und Aggregatoren erlaubt, die von jedem DER innerhalb des Pools erbrachten Leistungen durch Analyse des manipulationssicheren verteilten Hauptbuchs in Echtzeit zu überprüfen.
Empfehlungen des Berichts
Um eine verantwortungsvolle Entwicklung digitaler Vermögenswerte zu gewährleisten, empfiehlt der Bericht den politischen Entscheidungsträgern, bei der Ausarbeitung von Rechtsvorschriften und politischen Entscheidungen für Krypto-Assets die folgenden Faktoren zu berücksichtigen:
1. Minimierung von Treibhausgasemissionen, Auswirkungen auf die Umweltgerechtigkeit und andere lokale Auswirkungen von Krypto-Assets
Der Bericht schlägt vor, dass die Environmental Protection Agency (EPA), das Department of Energy (DOE) und andere Bundesbehörden zusammenarbeiten, um "effektive, evidenzbasierte Umweltleistungsstandards für die verantwortungsvolle Gestaltung, Entwicklung und Nutzung von umweltfreundlichen Krypto-Asset-Technologien" zu entwickeln. Der Bericht schlägt vor, Standards für die Energieintensität, den Wasserverbrauch, die Lärmerzeugung und die Nutzung sauberer Energie durch die Betreiber festzulegen sowie Standards, die im Laufe der Zeit für eine zusätzliche kohlenstofffreie Erzeugung sorgen, um die zusätzliche Stromlast dieser Anlagen zu decken oder zu übertreffen. Sollten sich diese Maßnahmen als unwirksam erweisen, empfiehlt der Bericht, Maßnahmen der Exekutive und der Gesetzgebung zu prüfen, um die Verwendung von Konsensmechanismen mit hoher Energieintensität für das Krypto-Asset-Mining einzuschränken oder zu unterbinden.
2. Gewährleistung der Energiezuverlässigkeit
Der Bericht empfiehlt, dass das DOE sich mit der Federal Energy Regulatory Commission und der North American Electric Reliability Corporation und ihren regionalen Einheiten abstimmt, um die Zuverlässigkeit und Angemessenheit des Stromsystems im Hinblick auf die derzeitigen und geplanten Krypto-Asset-Mining-Aktivitäten zu bewerten. Wenn diese Zuverlässigkeitsbewertungen aktuelle oder voraussichtliche Risiken für das Stromsystem als Folge des Krypto-Asset-Minings feststellen, schlägt der Bericht vor, Zuverlässigkeitsstandards und Notbetriebsverfahren zu entwickeln, zu aktualisieren und durchzusetzen, um die Zuverlässigkeit und Angemessenheit des Systems angesichts des Wachstums des Krypto-Asset-Minings zu gewährleisten.
3. Beschaffung von Daten zum Verstehen, Überwachen und Abschwächen von Auswirkungen
Der Bericht empfiehlt, dass die Energy Information Administration und andere Bundesbehörden Informationen von Krypto-Asset-Minern und Stromversorgern unter Wahrung der Privatsphäre sammeln und analysieren, um faktenbasierte Entscheidungen über die Auswirkungen von Krypto-Assets auf Energie und Klima zu ermöglichen. Die gesammelten Daten könnten den Energieverbrauch der Miner, Stromabnahmeverträge, Auswirkungen auf die Umweltgerechtigkeit und die Beteiligung an der Nachfragesteuerung umfassen. Der Bericht schlägt auch die Einrichtung eines Unterausschusses des Nationalen Wissenschafts- und Technologierats vor, der sich mit anderen relevanten Behörden abstimmen soll, um den Energieverbrauch wichtiger Krypto-Assets zu bewerten.
4. Fortschreitende Energieeffizienzstandards
Der Bericht empfiehlt, dass die derzeitige Regierung mit dem Kongress zusammenarbeitet, um das DOE zu befähigen und andere Bundesregulierungsbehörden zu ermutigen, Energiesparstandards für den Abbau von Kryptowährungen und die damit verbundenen Tätigkeiten zu erlassen und zu aktualisieren.
5. Förderung von Transparenz und Verbesserung der Umweltleistung
Der Bericht empfiehlt, dass die National Science Foundation, das DOE, das EPA und andere zuständige Behörden Forschungs- und Entwicklungsprioritäten fördern und unterstützen, die die ökologische Nachhaltigkeit digitaler Vermögenswerte verbessern. Diese Forschung könnte die Modellierung der Auswirkungen von Krypto-Assets, die Bewertung der Auswirkungen auf die Umweltgerechtigkeit und das Verständnis der vorteilhaften Nutzung für das Netzmanagement und die Umweltentlastung umfassen.
