23.04.2021

Darum ist der hohe Stromverbrauch ein existenzielles Problem für Bitcoin

Blockchain-Experte Andreas Freitag beleuchtet in diesem Gastbeitrag, wie sich der Energieverbrauch von Bitcoin entwickeln wird - und warum das auch für die Kryptowährung selbst zum großen Problem werden könnte.
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Andreas Freitag ist Blockchain-Berater bei Accenture.
Andreas Freitag ist Blockchain-Berater bei Accenture. | © Andreas Freitag
Andreas Freitag ist Blockchain-Berater bei Accenture und hat in den letzten Jahren diesen Bereich bei Accenture maßgeblich mit aufgebaut. Seine Themenschwerpunkte sind Self Sovereign Identity, digitales Zentralbankgeld und Crypto Custody. 2018 hat der brutkasten mit Andreas eine mehrteilige Videoserie zum Thema Blockchain gemacht. Alle Folgen sind am Ende dieses Artikels verlinkt.

Der Bitcoin-Kurs geht seit Ende 2020 wieder nach oben – und seitdem wird auch der Energieverbrauch der Kryptowährung wieder kontrovers diskutiert. Mein Beitrag fokussiert sich auf den Energieverbrauch für das sogenannte Mining, nicht auf finanz-, regulative, geldpolitische, soziale oder/und politische Aspekte von Bitcoin. Ich habe – so weit es geht – verfügbare, belastbare Zahlen verwendet und Vergleiche gewählt, um die Dimensionen greifbarer zu machen. Alle Zahlen und Annahmen kann man natürlich im Detail diskutieren, aber die Größenordnungen sind korrekt.

Vorweg: Bitcoin ist eine großartige „Erfindung“ und sie fasziniert mich immer wieder aufs Neue. Bitcoin zeigte, dass es möglich ist, ohne eine zentrale Stelle einen Konsens über Informationen (Transaktionen) zu erzielen und Daten defacto unveränderlich abzuspeichern. Dennoch muss die Diskussion über den Energieverbrauch geführt werden.

Aber wieso braucht Bitcoin überhaupt soviel Energie?

Um die Transaktionen unveränderlich abzuspeichern, wurde das Protokoll Proof of Work (PoW) entwickelt. Dies ist das sogenannte mining. Das Mining besteht darin Transaktionen zu prüfen, in einen Datenblock zu schreiben und einen gültigen Hash-Wert zu finden. Mehr Information dazu findet sich zum Beispiel hier „Blockchain Web Series: Teil 1 – Bitcoin und wie alles begann“.

Den Energieverbrauch verursacht das Finden eines gültigen Hash-Wertes. Das Bitcoin-Protokoll legt fest, dass ein Hash-Wert unter einem bestimmten Wert liegen muss. Da ein Hash-Wert eine rein zufällige Zahl ist, kann man einen gültigen Hash-Wert nur durch probieren finden. Im Moment werden in der Sekunde 170.000.000.000.000.000.000 Hash-Werte berechnet. Diese Zahl ist ca. 20 Mal die Anzahl der gesamten Sandkörner auf der Welt.

Wieso steigt der Energieverbrauch?

Das Mining ist ein Rennen zwischen verschiedenen Minern. Je mehr Hash-Leistung ein Miner hat, desto wahrscheinlicher ist es als erster einen neuen gültigen Hash-Wert findet. Jeder Block bringt zurzeit 6.25 Bitcoins und die Transaktionsgebühren. Wenn der Kurs von Bitcoin steigt, ist ein Block mehr wert und die Miner investieren in zusätzliche Hardware, um ihre Chancen zu erhöhen. Leider macht es dadurch das Rennen für alle schwerer. Das Bitcoin-Protokoll berechnet die Schwierigkeit des Hash-Wertes ca. alle 2 Wochen neu – mit dem Ziel, ein Blockzeit von 10 Minuten einzuhalten.

Wie hoch ist der Energieverbrauch jetzt?

Um das zu berechnen, brauchen wir die gesamte Hash-Leistung des Bitocin-Netzwerkes. Das sind zurzeit ca. 170 Mio. TeraHash pro Sekunde, die zuvor genannte Zahl mit den Sandkörnern. Als nächstes benötigt man für die Berechnung die Hash-Leistung der Mining-Hardware.

Anbei eine Liste von beliebter Mining-Hardware mit der Hashleistung (TH/s, Terahash pro Sekunde) und der Leistungsaufnahme. Daraus errechnet sich, wieviel Leistung für ein Terahash notwendig ist. Für die Berechnung verwende ich 60 Watt pro TH/s. Damit kommt man auf 89 Terawatt (TW) pro Jahr. Das entspricht ca. dem Stromverbrauch von Belgien oder Finnland. Bitcoin-Mining benötigt 33 bis 45 Prozent der Energie von allen Rechenzentren auf der Welt kombiniert.

TypWattTH/sW/THs
Antminer S1932509534,21052632
Antminer T1931508835,79545455
Antminer S913201494,28571429
Antminer S712934,73273,3615222
Antminer S55601,155484,8484848
Quelle: Miners.eu

Die Berechnung stellt nur eine Größenordnung dar und kann je nach Annahmen durchaus um 25% abweichen.

Wo wird die Energie verbraucht?

Auf Basis von IP-Adressen kann man feststellen wo das Mining betrieben wird. Der größte Teil entfällt auf China. Man sieht im Anteil am Gesamtenergieverbrauch des Landes, dass in einigen Ländern ein substantieller Anteil auf das Bitcoin-Mining verwendet wird:

LandAnteil am globalen Bitcoin-MiningEnergieverbrauch Land
(Terawattstunden/Jahr)
Energieverbrauch Mining
(TWh/Jahr)
Anteil Energieverbrauch
durch Mining am Gesamtenergieverbrauch
des Landes
China63,25%7.22656,520,78%
USA7,24%3.9906,470,16%
Russia6,90%9656,170,64%
Kasachstan6,17%925,515,99%
Malaysia4,33%1473,872,63%
Iran3,82%2553,411,34%
Kanada0,82%5490,730,13%
Deutschland0,56%5240,500,10%
Norwegen0,48%1240,430,35%
Venezuela0,42%60,386,25%
andere Staaten6,01%   
Quellen: Statista, Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index

Wie geht es mit dem Verbrauch weiter?

Diese Frage ist schwer zu beantworten. Betrachten wir trotzdem folgendes Szenario:

  • der Bitcoin-Preis steigt auf 1 Mio. Euro pro Bitcoin, was eine Steigerung um das ca. 20-fache wäre
  • es gibt ein unlimitiertes Angebot an Mining-Hardware
  • die Energiekosten bleiben gleich

Das beschriebene Szenario würde zu einer 20-fach höheren Belohnung je Block führen und auch zu einem 20-fachen Anstieg der Hash-Leistung und Energieaufwandes. In der Berechnung nehme ich einen 15-fachen Anstieg an, um auf der konservativen Seite zu sein. Das wären 1.340 TW/h und damit rund 6 Prozent des globalen Energieverbrauches!

LandAnteil am globalen Bitcoin-MiningEnergieverbrauch Land (TWh/Jahr)Energieverbrauch Mining (TWh/Jahr)Energieverbrauch des
Bitcoin-Minings am Gesamtenergieverbrauch
des Landes
China63,25%7.226847,7311,73%
USA7,24%3.99097,042,43%
Russia6,90%96592,489,58%
Kasachstan6,17%9282,7089,89%
Malaysia4,33%14758,0339,48%
Iran3,82%25551,2020,08%
Kanada0,82%54910,992,00%
Deutschland0,56%5247,511,43%
Norwegen0,48%1246,435,19%
Venezuela0,42%65,6393,82%
andere Staaten6,01%   
Energieverbrauch in TWh/Jahr / Berechnung beruht auf der realistischen Annahme, dass sich die Verteilung nach Ländern nicht ändert

Wann müssen die Länder den Stecker ziehen?

Ab einem bestimmten Punkt muss ein Land den Stecker ziehen und Bitcoin-Mining verbieten. Ein Land kann nicht zulassen, dass 5 Prozent oder sogar mehr als 10 Prozent seines Stromverbrauchs auf Mining entfällt. Die chinesische Führung beispielsweise bekennt sich dazu, den CO2-Ausstoß einzuschränken und die Anzahl der Kohlekraftwerke zu reduzieren. Ich gehe davon aus, dass der derzeitige Energieverbrauch bereits diskutiert wird. Ab wann zum China Einschränkungen vornehmen wird, kann man nicht sagen. Ich persönlich glaube, das China etwas unternehmen wird, sobald der Verbrauch auf über 1 Prozent des Gesamtverbrauchs ansteigt.

Bitcoin-Miner würden dann in andere Länder ausweichen und diese würden vor demselben Problem stehen. In Europa ist der Stromverbrauch durch Bitcoin-Mining im Moment noch kein großes Problem. Hier würde man aber aus Klimagründen sehr viel früher Einschränkungen durchführen. Eine Ausnahme bei dieser Überlegung sind Länder, die selbst Bitcoin-Mining betreiben – zum Beispiel, um an Devisen zu kommen wie in Venezuela.

Aber wird Bitcoin-Mining nicht mit Überschussenergie aus Wasserkraftwerken betrieben?

In seltenen Ausnahmefällen vielleicht, aber sicher nicht in einem großen Umfang. Es wird eher “Überschussenergie” aus Kohlekraftwerken verwendet. Miner interessiert nur billige Energie und nicht wo sie herkommt. Nur mit billiger Energie sind sie konkurrenzfähig und verdienen Geld. Die folgende Tabelle zeigt die Verteilung der Mining-Power auf die verschiedenen chinesischen Provinzen und die Zusammensetzung der Quellen für elektrischen Strom in den Provinzen:

LandAnteil BTC-MiningEnergieverbrauch Mining (TWh/Jahr)Thermal
(58,45)
Wasser
(19,47)
Solar
(1,38)
Wind
(5,62
)
Atom
(4,43)
Xinjiang35,76%31,9582%5%2%11% 
Sichuan9,66%8,6312%86% 2% 
Nei Mongol8,07%7,2185% 3%12% 
Yunnan 5,42%4,844%91% 5% 
Beijing1,73%1,5595%5%   
Zhejiang0,92%0,8276%5% 1%18%
Shanxi0,67%0,6092%3% 5% 
Gansu0,51%0,4662%22%4%12% 
Qinghai0,26%0,2320%60%18%2% 
Ningxia0,25%0,2282%2%3%13% 
CHINA63,25%56,52     
Quellen: Resources, Conservation and Recycling, Lawrence Berkeley National Laboratory, FT

Man sieht, dass in der Provinz mit der meisten Miningaktivität, Xinjiang, der Strom zu 82 Prozent aus thermalen Quellen kommt, d.h. von fossilen Brennstoffen. Dabei handelt es sich zumeist um Kohle, da in China in den letzten 10 Jahren sehr viele Kohlekraftwerke gebaut wurden, um den Hunger nach billigem Strom zu stillen.

Der Strombedarf kann auch direkte Auswirkungen auf den Bitcoin-Kurs haben, wie sich beim Kurseinbruch vergangenenes Wochenende gezeigt hat. Es wird darüber spekuliert,  dass ein “Blackout” in Xinjiang dafür verantwortlich war. Dort mussten Kohlekraftwerke aufgrund von Überschwemmungen abgeschaltet werden. Wie in der vorigen Tabelle ersichtlich, konzentrieren sich In Xinjiang ca. 36 Prozent der globalen Bitcoin-Mining-Kapazitäten und 82 Prozent des Stroms in der Provinz wird aus fossilen Energieträgern hergestellt.

Quelle: BitInfoCharts

An der globalen Bitcoin-Hash-Leistung kann man den Blackout sehr gut sehen. Die Hash-Leistung ist um 37 Prozent gefallen – das entspricht ungefähr der kalkulierten Mining-Kapazität in Xinjiang. Das legt den Schluss nahe, dass der überwiegende Anteil des Stroms für das Mining in Xinjiang aus Kohlekraftwerken kommt.

Und verbraucht Bitcoin nicht weniger Strom als Visa oder andere Zahlungsdienste?

Falsch. Andere Zahlungsmöglichkeiten brauchen kein Mining und wir betrachten in der Energiediskussion nur Mining. Wenn das so wäre, würde die Welt bildlich gesprochen brennen. Der globale Energieverbrauch durch Rechenzentren ist 200 bis 250 TWh, Bitcoin-Mining alleine liegt bei ca. 90 TWh!

Wie kann man Bitcoin „retten“?

Bitcoin ist „nur“ eine Software. Das heißt: Man kann sie anpassen. Der Nachteil bei Bitcoin ist, dass alle Gruppen, die aktiv im Bitcoin-Netzwerk beteiligt sind, freiwillig updaten müssen. Und hier wird es schwierig: Miner investieren hohe Beträge und das Geschäftsmodell ist auf das derzeitige Protokoll ausgerichtet.

Es geht aber auch anders: Zum Beispiel wurde Ethereum mit dem Ziel entwickelt, den Proof-of-Work-Ansatz durch das sogenannte Proof of Stake (PoS) zu ersetzen. Derzeit wird versucht, den Übergang von PoW zu PoS zu schaffen. Aber auch hier hat man derzeit enorme Widerstände aus dem Netzwerk, da bestehende Geschäftsmodelle gefährdet sind.

Es geht also wieder um das Geld. Meiner Meinung wird es nur zu Änderungen kommen, wenn Bitcoin massiv unter Druck kommt – zum Beispiel durch Mining-Verbote.

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Foto: epilogy.photography

Während der ViennaUP wurde Wien einmal mehr zur internationalen Drehscheibe der Startup-Welt. Inmitten dieser Woche voller Begegnungen, Ideen und Innovationen setzte ein Event einen ganz besonderen Akzent: Im Wien Museum, mit weitem Blick über den Karlsplatz, kamen zahlreiche Founder, Investor:innen, Corporate-Partner und Wegbegleiter:innen zusammen, um ein Jubiläum zu feiern, das sinnbildlich für den internationalen Fokus des österreichischen Innovationsstandorts steht: 10 Jahre Global Incubator Network Austria (GIN).

Schon beim Eintreten wurde spürbar, was GIN über das vergangene Jahrzehnt ausgemacht hat – das Zusammenspiel aus österreichischen Wurzeln und globaler Reichweite. Gründer:innen aus Wien trafen auf asiatische Startups, die diese Woche in der Stadt zu Gast waren, um in Europa Fuß zu fassen.

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Eine von ihnen war Nga Chi Lydia Yip, Co-Founderin und CSO von Elleon Biotech aus Hongkong. Ihr Startup hat ein Reagenz entwickelt, mit dem sich markierte Zellen – etwa Krebs- oder virusinfizierte Zellen – mit bloßem Auge oder per Smartphone sichtbar machen lassen, ganz ohne teure Mikroskope oder geschultes Personal. „Ich habe in den letzten Tagen mehr wertvolle Leads getroffen als in zwei Jahren in Hongkong“, erzählte sie. Über das GIN-Programm war sie auf der Suche nach einem strategischen Partner für die Antikörper-Produktion – und wurde bei einem der Networking-Momente tatsächlich fündig. „Ich liebe den Vibe hier. Die Leute sind wirklich da, um einander zu helfen.“

Genau diese Atmosphäre baut GIN seit 2016 systematisch auf: Verbindungen, die weit über ein einzelnes Programm oder eine Delegationsreise hinausreichen.

Ein Jahrzehnt Brückenbauen zwischen Österreich und Asien

Seit seiner Gründung 2016 verfolgt GIN ein klares Ziel: innovative Startups beim internationalen Wachstum zu unterstützen und gleichzeitig Österreich als zentralen Innovationsstandort zu stärken. Unter dem Leitgedanken „Connecting the Circles of Growth“ hat sich daraus ein Netzwerk entwickelt, das weit über klassische Förderprogramme hinausgeht.

Die Bilanz nach zehn Jahren spricht für sich: 756 unterstützte Startups, 71 internationale Programm-Batches, 7 zentrale Partnerregionen und über 30 internationale Innovationspartner. Im Zentrum stehen die beiden Programme GO ASIA und GO AUSTRIA, die den Austausch in beide Richtungen ermöglichen – ein zweiseitiger Ansatz, der GIN zu einer einzigartigen Brückenbauerin macht. Geschichten wie jene von Elleon Biotech zeigen, was das konkret bedeutet.

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Zur Beginn reflektierten Henrietta Egerth (Geschäftsführerin FFG) und Bernhard Sagmeister (Geschäftsführer aws) über die Vision hinter GIN, die gemeinsame Steuerung der beiden Programme und den Blick nach vorne. „Zehn Jahre Global Incubator Network Austria bedeuten zehn Jahre messbaren Impact für das österreichische Startup-Ökosystem und weit darüber hinaus“, betont Henrietta Egerth. „Allein am aktuellen GIN-Programm nehmen 56 Startups aus sieben asiatischen Zielregionen teil – mehr als jemals zuvor.“

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Unter dem Titel „Local Roots, Global Reach: The New Rules of Internationalization“ diskutierte ein hochkarätig besetztes Panel die veränderten Spielregeln internationaler Expansion. Marcus Berger (CEO, Aviloo), Ayashi Das Majumder (Co-Founderin & COO, Sensegrass), Markus Lang (General Partner, Speedinvest) und Andreas Mühlberger (Infineon Technologies Austria) brachten vier sehr unterschiedliche Perspektiven zusammen. Die zentrale Botschaft: Für einen kleinen Exportmarkt wie Österreich ist Internationalisierung essenziell – gleichzeitig aber komplexer geworden, und sie gelingt nur durch starke Partnerschaften und langfristige Begleitung.

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Workshop: Impulse für die nächsten zehn Jahre

Im interaktiven Workshop-Teil, moderiert von Viktoria Ilger (Venture Clienting Austria), wurden die Gäste selbst zu Mitgestaltenden. An mehreren Tischen diskutierten sie in kleinen Runden über die zentralen Fragen rund um Internationalisierung. Begleitet wurde der Nachmittag von einem Live-Graphic-Recording-Team, das die wichtigsten Gedanken und Erkenntnisse in Echtzeit visuell festhielt – ein wachsendes Bild, das ebenso entstand wie die Insights selbst und am Ende eindrucksvoll präsentiert wurde.

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Mit der geplanten Erweiterung von GIN GO ASIA nach Indien ab 2027 wurde ein klares Signal für die nächste Phase gesetzt. Bereits heute holt das aktuelle GO AUSTRIA Programm sieben indische Deep-Tech-Startups nach Österreich. Indien zählt mittlerweile über 130 Startup-Unicorns und entwickelt sich mit enormer Dynamik zu einem der wichtigsten Technologie- und Wachstumsmärkte der Welt. Mit der India-Austria Startup Bridge wurde bereits vor zwei Jahren ein erstes Instrument geschaffen, um indische Startups nach Österreich zu holen – ab 2027 öffnen sich die Türen gezielt auch für österreichische Startups in diesen Zukunftsmarkt. So festigt GIN Österreichs Rolle als europäisches Gateway für Innovation, Technologie und internationale Zusammenarbeit.

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Zum Abschluss wurde sichtbar, was GIN über die Zahlen hinaus ausmacht: eine globale Community aus Foundern, Partner:innen, Mentor:innen und Freund:innen. In einem Happy-Birthday-Video schickten Wegbegleiter*innen aus aller Welt ihre Glückwünsche. Das GIN-Team kam auf die Bühne, die Gläser wurden erhoben – und der Nachmittag mündete in eine Feier, die anschließend bei GIN & Friends am Karlsplatz ihre Fortsetzung fand. Für Lydia Yip stand da nur noch ein letztes Meeting an, bevor auch sie dazustieß: „Ich hätte nie erwartet, dass eine Geschäftsreise so viel Freude macht.“


Das Global Incubator Network Austria (GIN) ist eine Initiative der österreichischen Bundesregierung und wird von der Austria Wirtschaftsservice (aws) und der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) umgesetzt. Ziel ist es, Start-ups, Investor:innen und Innovationspartner:innen international zu vernetzen und den Innovationsstandort Österreich nachhaltig zu stärken. Der Artikel wurde in Kooperation mit der Austria Wirtschaftsservice (aws) umgesetzt.

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