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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Bereits seit der Veröffentlichung des Ministerialentwurfs zu einer neuen Paketsteuer im Mai trifft diese in der öffentlichen Diskussion auf Kritik. Vorgesehen ist eine Abgabe von zwei Euro pro zugestelltem Paket, die ab dem 1. Oktober 2026 von großen Online-Handelsplattformen mit einem Jahresumsatz ab 100 Millionen Euro eingehoben werden soll. Nachdem das vorparlamentarische Begutachtungsverfahren zum Gesetzesentwurf am 26. Mai 2026 offiziell geendet hat, geht die Vorlage im nächsten Schritt in die Debatte und finale Abstimmung im Nationalrat.

Mit den prognostizierten Einnahmen von jährlich rund 280 Millionen Euro will die Bundesregierung die geplante Mehrwertsteuersenkung auf Grundnahrungsmittel teilweise gegenfinanzieren. Zudem wolle man den lokalen stationären Handel gegenüber den internationalen E-Commerce-Riesen stärken, so die Argumentation. Und auch der Umweltschutzaspekt wird seitens der Regierung ins Treffen geführt. Diese Begründung lassen viele Kritiker:innen aber nicht gelten.

Dobrocka: „wird nur das Angebot verringern und die Kosten für österreichische Kunden in die Höhe treiben“

Auch unter Gründer:innen heimischer Startups und Scaleups im Logistik-Bereich, die für brutkasten erreichbar waren, herrscht breite Ablehnung gegenüber der Paketabgabe. Dabei ist es nicht die Zielsetzung, die kritisiert wird. „Grundsätzlich finde ich es begrüßenswert über Maßnahmen zu diskutieren, die den österreichischen Markt vor einer Flut an ausländischen Sendungen schützen und österreichische Unternehmer stärken. Aber diese Maßnahme tut das nicht“, meint etwa Petra Dobrocka, Co-Founderin und CCO des Wiener Logistik-Scaleups byrd. „Selbst wenn ein heimischer Händler die Ware in Österreich verpackt und mit der österreichischen Post an einen österreichischen Kunden schickt: Sobald der Verkauf über einen Marktplatz wie Amazon läuft, greift die Steuer.“ Die Maßnahme werde letztlich „nur das Angebot verringern und die Kosten für österreichische Kunden in die Höhe treiben.“

Braith: „Emissionsärmere Zustellformen gezielt begünstigen“

Ähnlich argumentiert auch Storebox-Co-Founder und CEO Johannes Braith. Er führt zusätzlich eine ökologische Perspektive ins Treffen. „Wir brauchen aus meiner Sicht weniger Symbolpolitik und mehr intelligente Steuerung. Wenn Politik Lenkungswirkung ernst meint, dann sollte sie emissionsärmere Zustellformen gezielt begünstigen und nicht pauschal jede Form des Versandhandels verteuern“, so der Gründer. Das Gesetz unterscheide nämlich zu wenig zwischen emissionsintensiven und emissionsarmen Zustellmodellen. Klassische Haustürzustellung sei ineffizient und verursache Retourenverkehr und Parkdruck, meint Braith und führt Click-&-Collect-Modelle mit gebündelter Anlieferung ins Treffen, wie sie auch sein Unternehmen umsetzt.

Weiß: EU-Regelung statt „Alleingang“

Georg Weiß, Co-Founder und CEO des Wiener Logistik-Scaleups Quivo, würde in dem Zusammenhang lieber eine europäische Lösung sehen. „Auf EU-Ebene gibt es ja auch Vorschläge, etwa Zölle für Kleinpakete unter 150 Euro einzuführen, um den europäischen Markt vor Billigprodukten zu schützen. Das halte ich für die sinnvollere Maßnahme, als aus Österreich heraus einen Alleingang zu machen und eine Zwei-Euro-Paketgebühr einzuführen“, so der Gründer gegenüber brutkasten.

AustrianStartups: Nachteile für Startups und Scaleups befürchtet

Kritik an der Paketsteuer kommt auch von AustrianStartups. „Wer Österreich als Innovationsstandort stärken will, kann nicht gleichzeitig die Vertriebskanäle innovativer Unternehmen im E-Commerce belasten. In der aktuellen Form würde der Entwurf vor allem Startups, Scaleups und KMUs treffen, die über Plattformen verkaufen oder aus Österreich versenden“, meint man dort. Auch befürchtet man potenzielle Probleme für Scaleups in der Branche, weil ein gleitender Übergang bei der Umsatzschwelle fehle: „Für Scaleups, die gerade die 100-Millionen-Euro-Grenze überschreiten, bedeutet das einen abrupten Kostenschock in genau der Phase, in der sie skalieren wollen.“

Kaminski: „Das ist das Gegenteil von dem, was erreicht werden soll“

Zudem hebt AustrianStartups eine besondere Problematik im Secondhand- und Refurbishment-Bereich hervor und zitiert dazu refurbed-Co-Founder Kilian Kaminski: „Bei einem refurbishten iPhone beispielsweise ist der Produktpreis zwar relativ hoch, aber die Marge für Refurbisher ist sehr gering. So eine Abgabe kann nicht einfach weitergegeben werden. Das Resultat: Preise im Reuse-Bereich steigen, neue Billigwaren nicht. Das ist das Gegenteil von dem, was erreicht werden soll. Falls die Abgabe kommt, braucht es zwingend eine Ausnahmeregelung für Secondhand und Refurbished.“

AustrianStartups forderte daher bereits im Mai „eine Rücknahme des Entwurfs in seiner aktuellen Form“. Sollte dies nicht passieren jedenfalls aber eine „Prüfung eines EU-weiten Rahmens statt eines österreichischen Alleingangs“ und eine Ausnahmeregelung für Secondhand, Refurbished und Reuse.

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