RFI – Antwort: Klima-Implikationen von digitalen Vermögenswerten

Antwort des Bitcoin Policy Institutes auf die Anfrage nach Informationen (RFI) des Office of Sience and Technology Policy (OSTP). Autoren: Margot Paez, Troy Cross | Bitcoin Policy Institute

RFI – Antwort: Klima-Implikationen von
digitalen Vermögenswerten

Autorin: Margot Paez | Autor: Troy Cross |Übersetzt von: BitBoxer | Link: RFI Response: Climate Implications of Digital Assets

Dieser Artikel wird auf der Website von European Bitcoiners nur zu Bildungs-, Informations- und Übersetzungszwecken zur Verfügung gestellt und stellt weder eine finanzielle Beratung noch einen Anspruch auf die im Bericht erwähnten Details dar.

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Das Bitcoin Policy Institute ist ein unparteiisches, gemeinnütziges Forschungszentrum, das die politischen und gesellschaftlichen Auswirkungen von Bitcoin untersucht. Wir freuen uns, das folgende Dokument als Antwort auf den „Request for Information on the Energy and Climate Implications of Digital Assets“ (Informationsanfrage zu den Energie- und Klimaauswirkungen von digitalen Vermögenswerten) einzureichen, der vom Office of Science and Technology Policy veröffentlicht wurde. (Dokumentennummer: 2022–06284.) Die Informationsanfrage drückt die Besorgnis über das explosive Wachstum digitaler Vermögenswerte und die damit verbundene Energienutzung und Emissionen aus, angesichts der Verpflichtung von Präsident Biden, die Treibhausgasverschmutzung bis 2030 um 50 bis 52 % zu reduzieren und bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen. Die Informationsanfrage „bittet die Öffentlichkeit um Beiträge, um die Auswirkungen digitaler Vermögenswerte auf das Klima besser zu verstehen“ und listet eine Reihe von Themen auf, die die Kommentatoren ansprechen sollen.

Wir freuen uns über die Gelegenheit, unsere Forschung und unsere Sichtweise mitzuteilen. Unsere Kommentare beziehen sich auf die folgenden Themen und nur auf Bitcoin: Protokolle, Hardware, Ressourcen, Wirtschaft, vergangene oder laufende Versuche der Schadensbegrenzung und potenzielle Energie- oder Klimavorteile. Wir sind der Meinung, dass Bitcoin, insbesondere in Bezug auf Energie und Umwelt, nur unzureichend verstanden wird. Weit davon entfernt, ein Hindernis für die Dekarbonisierung zu sein, könnte Bitcoin uns dabei helfen, die Produktion erneuerbarer Energien zu beschleunigen und unser neues, umweltfreundlicheres Netz zu stabilisieren.

Im Einzelnen argumentieren wir wie folgt:

  • Der Wert von Bitcoin – sein wirtschaftlicher Wert und die Förderung amerikanischer Werte und amerikanischer nationaler Interessen – muss jede Diskussion über seine Umweltauswirkungen bestimmen.
  • Der Wert von Bitcoin ist von Natur aus mit seinem Konsensmechanismus verbunden: dem Proof of Work.
  • Obwohl das Bitcoin-Mining energieintensiv ist, wird die Energienutzung oft überschätzt und fälschlicherweise als eine Funktion des Transaktionsvolumens chakterisiert.
  • Aufgrund des exponentiell abnehmenden Emissionszeitplans von Bitcoin (Ausschüttung neuer Bitcoins), werden die tatsächlichen Emissionen (in die Atmosphäre) des Minings wahrscheinlich bei unter 1 % der globalen Emissionen liegen, selbst wenn die Preise innerhalb eines Jahrzehnts um mehr als das Zehnfache steigen.
  • Das Profil des Minings als Energienutzer ist einzigartig: extrem kosten-empfindlich und zeit- und ortsunabhängig.
  • Das Bitcoin-Mining, als erster und letzter Abnehmer, schafft Anreize für den Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung. Als steuerbare Lastressource (Controllable Load Resource – CLR) stärkt das Bitcoin-Mining auch das Stromnetz, sodass es bei einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien zuverlässig funktioniert.
  • Die Energienutzung im Mining ist zunehmend konkurrenzlos und tendiert zu einem Mix aus erneuerbaren Energien und ungenutzten Energieressourcen zum Beispiel aus sonst abgefackeltem Methan.
Bitcoin und die Energiewende
Autoren
Margot Paez, Bau- und Umweltingenieurin, Ph.D. Kandidat, Georgia Institute of Technology
Troy Cross, Professor für Philosophie und Geisteswissenschaften, Reed College

Einleitung

Eine komplexe Technologie wie Bitcoin wirft für politische Entscheidungsträger eine Reihe von Fragen auf, die alle berücksichtigt werden müssen, bevor man zu einem Gesamturteil kommt und sicherlich bevor man Maßnahmen ergreift. In diesem Bericht konzentrieren wir uns auf eine Teilmenge dieser Fragen: die Art und Bedeutung des Wertes von Bitcoin, die Rolle des Proof of Work bei der Schaffung dieses Wertes und das einzigartige Profil von Bitcoin als Energienutzer, das seine wahrscheinliche zukünftige Entwicklung bestimmt. Unsere Schlussfolgerung ist vorsichtig optimistisch: Bitcoin könnte sich bei der Beschleunigung der Produktion erneuerbarer Energien, der Stabilisierung unseres neuen, umweltfreundlicheren Netzes und der Eindämmung von Methan-Emissionen als hilfreich erweisen.

Welchen Wert hat Bitcoin?

Der Preis auf dem offenen Markt ist das einfachste Maß für den Wert von Bitcoin. Die Marktkapitalisierung von Bitcoin – der Preis multipliziert mit dem Gesamtangebot – liegt derzeit bei über 600 Milliarden Dollar und damit zwischen der von Berkshire Hathaway und Facebook (Meta). Der Marktwert darf bei der Abwägung der Umweltauswirkungen nicht außer Acht gelassen werden, zum einen, weil jede industrielle Tätigkeit mit Umweltkosten verbunden ist, und zum anderen, weil dasselbe Kapital seinen Weg in andere Bereiche der Wirtschaft finden würde, die ihre eigenen Auswirkungen haben. Die relevante Frage ist nicht, ob Bitcoin negative Auswirkungen auf die Umwelt hat, sondern vielmehr, wie sich das Umweltprofil von Bitcoin im Verhältnis zu seinem Wert darstellt und wie es im Vergleich zu anderen Investitionen abschneidet.

Tatsächlich haben Forscher herausgefunden, dass „die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin im Vergleich zu seinem Marktwert gering sind, was bedeutet, dass Bitcoin durch eine geringere Kohlenstoffintensität gekennzeichnet ist als der durchschnittliche Vermögenswert in einem [typischen Aktien-]Portfolio“. Bitcoin speichert hauptsächlich Werte, mit einem relativ kleinen, aber energieintensiven Sicherheitsbudget. Im Gegensatz dazu investieren Fluggesellschaften, Energieunternehmen, Fast Fashion-Firmen und Zementhersteller einen Großteil ihres Wertes in Kohlenstoff-produzierende Aktivitäten.

Aber es gibt mehr Möglichkeiten, über den Wert nachzudenken als nur über den Punkt, an dem Angebot und Nachfrage aufeinandertreffen. Als Gesellschaft setzen wir uns für Integration, Gleichheit, Transparenz, Eigentumsrechte und Freiheit ein. Bitcoin verkörpert und erweitert auf seine eigene Art und Weise jedes dieser Werte:

  • Das Bitcoin-Protokoll ist eine freie, quelloffene Software. Jede Zeile ist für jedermann einsehbar.
  • Das Bitcoin-Kassenbuch ist öffentlich und wird von Zehntausenden von Knotenpunkten weltweit vollständig überprüft.
  • Das Bitcoin-Netzwerk ist erlaubnisfrei und zensurresistent: Es verweigert niemandem die Zustimmung und verpflichtet alle Parteien zu Transaktionen.
  • Die Gewährung des Bitcoin-Vermögenswertes erfolgt nicht an Insider, sondern über regelmäßige mathematische Wettbewerbe, die allen offen stehen.
  • Die Regeln des Bitcoin-Netzwerks sind vorhersehbar und nicht diskretionär.
  • Die Bitcoin-Infrastruktur mit öffentlichem Schlüssel bietet digitale Eigentumsrechte durch die Möglichkeit, Werte selbst zu verwahren und zu übertragen.

In der Praxis ermöglicht Bitcoin jedem Menschen auf der Welt, der über ein Mobiltelefon und eine Internetverbindung verfügt – einschließlich etwa 1,7 Milliarden Menschen ohne Bankverbindung -, auf einfache Weise in einem digitalen Vermögenswert mit festem Bestand zu sparen und Werte ohne eine zentrale Gegenpartei oder Zensur auszutauschen. Bitcoin wird derzeit von über 100 Millionen Nutzern gehalten, die überproportional in Ländern mit hoher Inflation, schwacher Achtung von Eigentumsrechten und schlechter Regierungsführung pro Kopf leben.

Im Inland sind Bitcoin und Kryptowährungen in Gemeinschaften, die historisch durch das bestehende Finanzsystem marginalisiert wurden, stärker verbreitet: Etwa 23 % der schwarzen Amerikaner und 16 % der hispanischen Amerikaner besitzen Kryptowährungen, verglichen mit nur 11 % der weißen Amerikaner. Die dem Bitcoin innewohnende Inklusivität, die robusten Eigentumsrechte und die Transaktionsfreiheit spiegeln sich in seinem Verbreitungsmuster wider.

Über diese gesellschaftlichen Ideale hinaus liegt Bitcoin auch im nationalen Interesse. Die nationale Sicherheit der USA beruht zum Teil auf inländischen technologischen Innovationen und der Wertsteigerung auf unseren Aktienmärkten, wo Bitcoin uns einen klaren Vorteil verschafft. Chinas Verbot des Bitcoin-Minings im Juni 2021 hat die globale Verteilung der „Hash-Rate“, einer Messung des Rechenaufwands für die Erfassung und Sicherung von Transaktionen, verändert. Obwohl genaue Schätzungen schwierig sind, haben die Vereinigten Staaten jetzt einen Großteil der weltweiten Hash-Power. China sieht in Bitcoin eine Bedrohung für sein autoritäres System und seine strengen Kapitalkontrollen und beschleunigt stattdessen die Einführung seines „Digital Currency Electronic Payment“ (DCEP). Gleichzeitig hat China den Kauf von US-Schatzpapieren verlangsamt und seine Dollarreserven in westliche Immobilien- und Aktienmärkte umgeschichtet, was ihm die finanzielle Macht gibt, politischen Einfluss auf US-Unternehmen auszuüben.

Bitcoin erschwert Chinas CBDC-Ambitionen erheblich, da er für die BRI-Länder, die China mit dem e-RMB zu vereinen sucht, ein attraktives Vermögensspeicher- und effektives grenzüberschreitendes Zahlungssystem darstellt. In der Zwischenzeit ist die weltweite Nachfrage nach Bitcoin und an den Dollar gekoppelten Stablecoins explodiert, insbesondere bei den Bürgern der Schwellenländer, die mit Währungsproblemen zu kämpfen haben. Da die Branche zunehmend reguliert und transparent wird, kann die Kombination aus Bitcoin und Stablecoins als wirksames Instrument dienen, um die Dominanz des Dollars an der digitalen Front im Wettbewerb mit Chinas eRMB zu unterstützen. Das Wachstum dieser Stablecoins verspricht, die Nachfrage nach US-Staatsanleihen zu steigern und der Federal Reserve zu helfen, die Zinssätze angesichts der Inflation niedrig zu halten. Auf diese Weise kann der Bitcoin als neutraler Reservewert dienen, der das Dollarsystem stärkt und nicht untergräbt.

Warum Proof-of-Work?

Wir haben argumentiert, dass jede Untersuchung der Umweltauswirkungen von Bitcoin mit einem Verständnis seines Wertes beginnen muss. Kritiker argumentieren jedoch, dass der Wert von Bitcoin auch dann gleich bliebe, wenn der energieintensive Konsensmechanismus, der als „Proof-of-Work“ bekannt ist, irgendwie aufgegeben würde. Wir sind anderer Meinung. Der Wert von Bitcoin ist untrennbar mit dem Proof-of-Work verbunden. Während einige Konsensmechanismen für verteilte Kassenbücher weniger energieintensiv sind, sind sie mit kritischen Kompromissen bei Fairness und Sicherheit verbunden.

Bei Proof-of-Work wird das Recht, einen neuen Block zu veröffentlichen, durch eine Lotterie vergeben, und Sie können Ihre Chancen auf ein Gewinn-„Ticket“ erhöhen, indem Sie mehr Energie aufwenden, um eines zu finden. Bei Proof-of-Stake-Systemen wird dieses Recht an Einzelpersonen im Verhältnis zu dem Anteil des ursprünglichen Vermögenswertes vergeben, den sie bereits „eingesetzt“ haben. Je mehr Sie einsetzen, desto mehr von dem nativen Vermögenswert erhalten Sie für Ihren Einsatz. Der Reichtum vergrößert sich, ebenso wie die Macht, zu kontrollieren, welche Transaktionen im Kassenbuch erscheinen. Während also die Menge an Bitcoin, die man besitzt, keinen direkten Einfluss auf das Netzwerk hat, bieten Proof-of-Stake-Systeme reicheren Inhabern eine größere Kontrolle. Das gefährdet die Werte von Bitcoin, nämlich Gleichheit und Inklusion.

Ein Proof-of-Work ist auch, so wird argumentiert, sicherer. Um Bitcoin zu stören, müsste ein böswilliger Akteur einen beträchtlichen Teil der gesamten Rechenleistung des Netzwerks kontrollieren. Und selbst wenn die meisten Miner offline gingen, würde das Netzwerk weiterlaufen. Im Vergleich dazu stoppt ein typisches Proof-of-Stake-Netzwerk, wenn mehr als 33 % der Validierer offline gehen. Dies macht PoS-Systeme anfälliger für Angriffe und Internetunterbrechungen. Als China beispielsweise das Bitcoin-Mining verbot, lief das Netzwerk weiter, obwohl es mehr als die Hälfte seiner Rechenleistung verlor. Aber einige der größten Proof-of-Stake-Netzwerke haben bereits längere Ausfälle erlitten, wie Polygon (März 2022) und Solana (sechs Ausfälle allein im Januar 2022).

Was sind die negativen Auswirkungen des Bitcoin-Minings auf die Umwelt?

Beim Bitcoin-Mining wird Energie genutzt, die zum Teil aus mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken stammt. Die von diesen Kraftwerken ausgehenden Emissionen, einschließlich Treibhausgasen und anderen Luftschadstoffen, sind eine negative Externalität, die mit Bitcoin verbunden ist, so wie sie mit jedem anderen Stromverbraucher verbunden ist. Darüber hinaus verursachen die für das Mining verwendeten Spezialmaschinen ihre eigenen Umweltauswirkungen als Elektroschrott, wenn sie nicht ordnungsgemäß recycelt werden.

Einige dieser durch das Bitcoin-Mining verursachten Umweltauswirkungen sind unbestreitbar. Als China das Bitcoin-Mining verbot, zogen viele Miner nach Kasachstan, wo sie günstigen Strom aus der Verbrennung von Kohle nutzten. (Kasachstan hat inzwischen eingegriffen, um eine Störung des Strommarktes zu verhindern.) Ein fast stillgelegtes Kohlekraftwerk in Hardin, Montana, fuhr die Produktion hoch, um den Bedarf eines Bitcoin-Miners zu decken. (Kürzlich kündigte dieser Miner an, das Werk bis zum Jahresende zu schließen). Ähnliche Geschichten gibt es auch in Kentucky, wo staatlich subventionierte Kohlekraftwerke jetzt Bitcoin schürfen.

Solche Anekdoten paaren sich mit viralen Medienberichten, um anschauliche Bilder von der Zerstörung der Welt zu erzeugen. In einer solchen Geschichte wird behauptet, dass Bitcoin pro Transaktion Strom im Wert von zwei Monaten nutzt. Eine andere behauptet, dass eine einzige Bitcoin-Transaktion Elektroschrott im Wert von zwei iPhones erzeugt. Eine oft zitierte Studie aus dem Jahr 2018 legt nahe, dass Bitcoin allein, abgesehen von allen anderen menschlichen Aktivitäten, die globalen Temperaturen innerhalb von drei Jahrzehnten um mehr als zwei Grad zu erhöhen droht. Obwohl sie in der akademischen Gemeinschaft gründlich entlarvt wurde, macht die Studie in den Anti-Bitcoin-Kampagnen der Aktivisten weiterhin die Runde. Nicht mehr angepriesen, aber nie korrigiert oder geklärt wird eine berüchtigte Vorhersage des Weltwirtschaftsforums und von Newsweek vom Dezember 2017, dass Bitcoin bis 2020 die gesamte Energie der Welt verbrauchen würde.

Unserer Ansicht nach haben die erschreckenden Visionen, die aus solchen Geschichten entstehen, keine Ähnlichkeit mit der Realität. Der auf das Bitcoin-Mining zurückzuführende Elektroschrott macht selbst bei der pessimistischsten Schätzung (30,7 Kilotonnen) nur 0,07 % des gesamten Elektroschrotts (41,8 Millionen Tonnen) aus, ist aber tatsächlich weitaus geringer (siehe Punkt 7). Auch wenn die Konfidenzintervalle groß sind und die Quellen erheblich voneinander abweichen, beträgt die derzeitige Schätzung der Energienutzung von Bitcoin nach Angaben des Cambridge Centre for Alternative Finance 0,23 % der weltweiten Energie. Das Bitcoin-Mining ist zunehmend erneuerbar. Der Bitcoin Mining Council erhebt direkte Daten von Minern, die für mehr als 50 % der gesamten Hashrate verantwortlich sind, und meldet einen nachhaltigen Strommix von 64,6 %, wobei er einen branchenweiten nachhaltigen Strommix von 58,4 % schätzt. Aufgrund dieses umweltfreundlicheren Strommixes ist das Bitcoin-Mining laut einem aktuellen Bericht für nur 0,08 % der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich. Und einer anderen aktuellen Prognose zufolge werden die weltweiten Emissionen von Bitcoin bis zum Ende des Jahrzehnts wahrscheinlich einen Spitzenwert von weniger als 1 % erreichen und danach zurückgehen, selbst wenn es der Marktkapitalisierung von Bitcoin gelingt, in diesem Zeitraum um mehr als das Zehnfache zu wachsen.

Außerdem verraten die Versuche, die Energienutzung, die Emissionen oder den Elektroschrott „pro Transaktion“ zu charakterisieren, ein grundlegendes Missverständnis darüber, wie Mining funktioniert (siehe 5). Die Bitcoin-Basisschicht verarbeitet nur sehr wenige Transaktionen, aber jede dieser Transaktionen kann Tausende von gebündelten Zahlungen abwickeln, die in hocheffizienten Zahlungsnetzwerken der zweiten Schicht wie dem Lightning Network durchgeführt werden. Auf diese Weise kann das Transaktionsvolumen von Bitcoin skaliert werden, ohne dass sich die Energienutzung, die Emissionen oder der Elektroschrott wesentlich ändern.

Alle Prognosen über die künftige Energienutzung und die Emissionen von Bitcoin müssen natürlich relativiert werden. Da die Ausgabe von Bitcoin immer weiter zurückgeht, ist die Rate des Bitcoin-Preisanstiegs von Bedeutung. Würde Bitcoin nicht 2030, sondern 2022 einen Wert von 490.000 Dollar erreichen, säßen die Miner jetzt schon auf einer viel wertvolleren Blocksubvention. Da sich die Emissionen im Jahr 2030 halbiert haben werden, würde die Blockprämie in Dollar ausgedrückt nicht mehr so stark ansteigen, und es ist dieses letztere Szenario, das das Modell vorsieht, bei dem das Mining weniger als 1 % der globalen Kohlenstoffemissionen erreicht. Die Auswirkungen solch unwahrscheinlicher kurzfristiger Preisspitzen würden durch die Verfügbarkeit von ASICs und elektrischer Infrastruktur abgeschwächt, aber dennoch müssen diese Auswirkungen genauso modelliert und untersucht werden.

Anstatt diese Literatur im Detail zu besprechen, möchten wir uns einigen grundlegenden Merkmalen des Protokolls und der Dynamik des Energiemarktes zuwenden, die uns vorsichtig optimistisch in Bezug auf die Rolle von Bitcoin bei der Schaffung von Anreizen für einen Übergang zu nachhaltiger Energie machen.

Ökologische Vorteile des Bitcoin-Minings

Bitcoin hat ein einzigartiges Energie-Bedarfsprofil. Seine Miner sind:

  • Tragbar und können in einer Vielzahl von Gegenden und Klimazonen arbeiten, auch ohne Netzanschluss (was dazu beiträgt, erneuerbare Energien zu fördern und den Ausbau der Infrastruktur zu unterstützen);
  • außergewöhnlich preissensibel, da sie Teil eines globalen Null-Summen-Marktes sind (jeder Miner steht überall in direktem Wettbewerb mit jedem anderen um die feste Blockausgabe)
  • In großem Umfang einsetzbar (vom privaten Mining bis hin zum industriellen Betrieb im Gigawatt-Bereich);
  • Unterbrechbar und flexibel, das heißt in der Lage, die Stromnachfrage mit einer Reaktionszeit von weniger als einer Sekunde zu dämpfen (und so die Netze stabil zu halten).

Da ältere und neuere Maschinen unterschiedliche Rentabilitätsprofile aufweisen, ist das Bitcoin-Mining besonders gut geeignet, um wichtige Nischen im Energiesystem zu füllen und sich symbiotisch mit den Erzeugern erneuerbarer Energien zu entwickeln. Das Mining kann sich auf nicht ganz offensichtliche Weise als leistungsfähiges Instrument erweisen, das den Übergang zu einem auf erneuerbaren Quellen basierenden Energiesystem unterstützt. Darüber hinaus bietet es einen gewinnbringenden Mechanismus für die Verwertung von Rest-Methan, und wenn sich die Preise stabilisieren, kann zumindest ein Teil der Bitcoin-Miner große Heizelemente ersetzen und die Hashrate erhöhen, ohne dass sich dies auf die Emissionen oder die Stromnutzung auswirkt.

Erneuerbare Energien und das Stromnetz

Wir identifizieren drei Hauptprobleme beim Übergang von einem auf Kohlenstoff zu einem auf erneuerbaren Energien basierenden Stromnetz: das Investitionsrisiko für die Erzeuger erneuerbarer Energien, die besonderen Herausforderungen eines auf Wechselrichtern basierenden Netzes und die Einschränkung und negative Bepreisung, die sich in die Probleme der Übertragungsbeschränkungen und des Abbaus des Überangebots im Netz unterteilt.

Investitionsrisiko

Die Internationale Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) berichtet, dass ein Großteil der für den Erfolg der Umstellung auf erneuerbare Energien erforderlichen Investitionen aus dem privaten Sektor kommen dürfte. Sie nennt jedoch eine Reihe von Risiken, die Investitionen in großem Umfang verhindern. Sie stellen fest: „dass zu diesen Risiken politische, regulatorische, Gegenpartei-, Währungs- und Liquiditätsrisiken sowie das Risiko von Verzögerungen beim Netzanschluss und bei den Übertragungsleitungen gehören“. Auch wenn das Bitcoin-Mining nicht alle diese Probleme lösen kann, so glauben wir doch, dass es einige von ihnen angehen kann.

Der Bericht des Berkeley Lab über die Wartezeiten für die Vernetzung hat gezeigt, dass die Wartezeiten für den Netzanschluss immer länger werden und der Prozentsatz der vorgeschlagenen Projekte, die in einen Netzanschluss bekommen, ebenfalls sinkt. Auf ein zusätzliches Risiko weisen Bastian-Pinto et al. (2020) hin, die die Entwicklung der Windenergie in Brasilien untersuchten, wo die Investitionsrisiken an die Schwankungen der Spot-Preise auf dem Energiemarkt gebunden sind. Als Absicherung gegen die Volatilität der Strompreise und als Anreiz für eine frühzeitige Investition in ein erneuerbares Kraftwerk schlagen sie ein Investitionsmodell vor, das ein Bitcoin-Mining-Rechenzentrum umfasst.

Darüber hinaus ergab die Studie des Berkeley Labs, dass kommerzielle Stromerzeugungsprojekte in den USA im Zeitraum 2010 bis 2020 etwa 3,5 Jahre auf eine Anschlussgenehmigung warten mussten, verglichen mit etwa 1,9 Jahren im Zeitraum 2000–2009. Der Studie zufolge warten rund 680 GW an „kohlenstofffreier Kapazität“ auf ihren Anschluss. Es wird erwartet, dass nur 16 bis 19 % dieser gesamten möglichen erneuerbaren Energie ans Netz gehen werden, möglicherweise aufgrund der zuvor beschriebenen Investitionsrisiken. Die Anwendung der Absicherung durch das Mining könnte es ermöglichen, dass beide parallel gebaut werden.

Mehrere Studien haben auch festgestellt, dass die sinkenden Preise für Solarstrom, die sogenannte Solar-Wert-Deflation, es schwierig machen wird, Investoren und Entwickler davon zu überzeugen, Solaranlagen zu bauen, wenn sie erwarten, dass sie weniger Geld verdienen oder Geld verlieren, wenn sie eine Solaranlage betreiben. Kalifornien ist bereits mit diesem Problem konfrontiert. „Wenn sich der Kostenrückgang für den Bau und die Installation von Solarmodulen abschwächt, könnte die kalifornische Solar-Deflation im Rennen gegen die sinkenden Kosten bereits 2022 die Nase vorn haben und von da an weiter ansteigen.“ Wie in der Studie von Bastian-Pinto et al. kann das Bitcoin-Mining als Absicherung gegen das Risiko einer Deflation des Solar-Werts dienen, das Investoren ansonsten von der Finanzierung des Baus von Solar-Kraftwerken abhalten würde.

Die einzigartigen Herausforderungen des modernen Netzes

Traditionell wurde das Stromnetz mit rotatorischen Generatoren betrieben, die durch Dampf-Turbinen angetrieben wurden. Diese Generatoren haben eine Trägheit, das heißt, die sich drehenden Turbinen sind resistent gegen Veränderungen und wollen sich weiter drehen, auch wenn keine Energie zum Drehen der Turbine bereitgestellt wird. Infolgedessen nutzten die Netzbetreiber diese Trägheit, um die Reaktion auf Veränderungen in der Leistung des Netzes zu planen. In der Vergangenheit gab die Trägheit den Netzbetreibern Zeit, Angebot und Nachfrage auszugleichen, wenn ein großes Kraftwerk oder eine Übertragung ausfiel. DieTrägheit ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, das Netz wieder ins Gleichgewicht zu bringen. Energieintensive Verbraucher können sich an Nachfrage-Reaktions-Programmen beteiligen, um ein Stromnetz mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien zu stabilisieren.

Bitcoin-Mining und Netz-Resilienz - Fallstudie aus West Texas

Eine weitere Option ist die Nutzung hochflexibler Reaktionslasten wie das Bitcoin-Mining. Dies geschieht bereits im ERCOT-Netz von Texas. Lancium und IdeaSmiths, LLC haben 2021 ein Industrie-Whitepaper veröffentlicht, in dem die Ergebnisse der Integration von Bitcoin-Mining-Einrichtungen modelliert werden, die sich hauptsächlich in West-Texas befinden, wo es ein Überangebot an Windenergie gibt. Die Netzsimulation ergab unter anderen eine Verringerung der CO₂-Emissionen bei der Integration eines hochflexiblen Rechenzentrums wie einer Bitcoin-Mining-Anlage im Vergleich zu einem für 2030 prognostizierten Ausgangswert für die Energienutzung. Dies war möglich, weil ohne Miner Erdgas zum Ausgleich der Schwankungen bei den erneuerbaren Energien verwendet worden wäre. Der IEA-Net-Zero-Bericht unterstreicht die Bedeutung einer verstärkten Nachfrage-Reaktion, um die erhöhte Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien zu steuern. Daher bestätigen diese Ergebnisse die Erkenntnisse der IEA. Insgesamt schätzt das Modell einen Rückgang der Kohlenstoffemissionen um 3,91 Megatonnen im Vergleich zur Basislinie. Dies zeigt zwar eine Verringerung der Emissionen und eine Zunahme der Windenergie, doch der eigentliche Gewinn scheint in der Reaktion auf Netzpreissignale und der verbesserten Netzstabilität angesichts der variablen Stromerzeugung zu liegen.

Ein rentables Bitcoin-Mining muss die Kapital- und Betriebskosten durch langfristig erwirtschaftete Blockprämien mehr als decken. Die Mining-Unternehmen kennen auch ihren Break-even-Punkt, an dem die Strompreise zu hoch sind, um auch nur kurzfristig rentabel zu sein. Wenn die Strompreise diesen Schwellenwert überschreiten, besteht für Miner ein Anreiz, den Betrieb herunterzufahren, bis die Preise wieder in ihren Gewinnbereich fallen. In ERCOT können Hilfsdienste über den reaktionsschnellen Reservedienst (Responsive Reserve Service – RRS), auch bekannt als nicht steuerbare Last Ressourcen (Non Controllable Load Resources – NCLR), bereitgestellt werden. Diese Lasten werden über einen netzbetriebenen Leistungsschalter (oder nach Anweisungen des Netzbetreibers) abgeschaltet, wenn die Frequenz unter einen Schwellenwert fällt. Eine andere Art der Nachfrage-Reduzierung ist als steuerbare Lastressourcen (CLR) bekannt.

Das Bitcoin-Mining ist in diesem Bereich wegweisend. Im Jahresbericht 2021 über die Nachfrage-Reaktion in der ERCOT-Region stellen die Autoren fest: „Dies ist die erste beträchtliche Menge an konventioneller Last, die als steuerbare Lastressource am Markt für Hilfsdienste teilnimmt.“ Derzeit werden etwa 750 Megawatt an CLR von acht Bitcoin-Mining-Lasten bereitgestellt. CLR bieten mehr als NCLRs in dem Sinne, dass sie sowohl die Nachfrage reduzieren als auch erhöhen können und eine ähnliche Frequenzantwort wie ein konventioneller Wärmeerzeuger bieten. Vor 2020 gab es keine nachfrageseitigen Lasten, die auf diese Weise arbeiten konnten. Das Bitcoin-Mining wirkt wie ein virtueller Generator, der je nach Bedarf Energie liefert oder entnimmt. Darüber hinaus hat die Einbindung des Bitcoin-Minings in Netze, die reich an erneuerbaren Energien sind, den Nebeneffekt, dass sich der Kohlenstoff-Fußabdruck von Bitcoin verringert.

Die Bedeutung des Bitcoin-Minings für die westliche und östliche Vernetzung

NREL bietet einige Einblicke in den Ansatz von ERCOT und wie er auf die größeren Netze in den USA angewendet werden könnte. Erstens ist ERCOT ein kleineres und stärker „inselartiges“ Netz als die westlichen und östlichen Verbindungen. Folglich gibt es in einem kleineren Netz von Natur aus weniger Trägheit und somit eine kürzere Reaktionszeit. Ein kleineres Netz in Verbindung mit einer hohen Windkraftdurchdringung (ERCOT meldete für 2020 eine maximale momentane Durchdringung von 57,9 %) zwang ERCOT, einen neuen Ansatz für eine geringe Trägheit zu entwickeln.

Zweitens unterscheidet sich ERCOT aufgrund der kleineren Netzgröße und der hohen Winddurchdringung von den westlichen und östlichen Verbundnetzen, sodass die Auswirkungen der Einbeziehung des Bitcoin-Minings als flexible Last etwas anders sind. NREL berichtet, dass andere US-Regionen bisher noch keine nennenswerten Lastreaktionssysteme eingesetzt haben, da der Bedarf aufgrund ihrer Größe und der begrenzten Durchdringung mit [erneuerbaren] Energien gering ist. Sie gehen davon aus, dass die Besorgnis über die geringe Trägheit in diesem Jahrzehnt wahrscheinlich minimal sein wird. Sie gehen jedoch davon aus, dass die ERCOT-Methoden es diesen Regionen ermöglichen könnten, erhebliche Mengen an Wind- und Solarenergie hinzuzufügen und gleichzeitig einen zuverlässigen Betrieb aufrechtzuerhalten“. Dies deutet darauf hin, dass das Bitcoin-Mining in den kommenden Jahren bis Jahrzehnten in der Lage sein wird, den Netzbetrieb auf nationaler Ebene zu unterstützen.

Drosselung und negative Preise

Mit zunehmender Durchdringung des Netzes mit erneuerbaren Energien wird die Einschränkung der Stromversorgung zu einem größeren Problem. Laut Shan und Sun (2019) ist dies das Ergebnis eines „Missverhältnisses zwischen intermittierender Erzeugung und Nachfrage, Übertragungsengpässen und vielen anderen Gründen“. Sie führen weiter aus: „Die Drosselung verringert sowohl den ökologischen als auch den wirtschaftlichen Nutzen von Anlagen zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und senkt die Rendite öffentlicher und privater Investoren.“

Im Jahr 2018 wurden allein in Kalifornien mehr als 346 GWh Solar- und Windenergie gedrosselt, und diese Zahl wird voraussichtlich noch steigen, wenn mehr erneuerbare Energien ans Netz gehen, um die Pariser Klimaziele zu erreichen. In ähnlicher Weise kann zusätzlicher Wind zu negativen Preisen führen, insbesondere in der Region Great Plains. Negative Preise entstehen in der Regel dort, wo „der wirtschaftliche Wert zusätzlicher Erzeugungsressourcen deutlich gesunken ist“. Einer Studie zufolge haben große flexible Lasten „die Möglichkeit, den Wohlstand zu steigern, indem sie reichlich und günstig Energie nutzen“. Solche Lasten müssten in der Lage sein, sich problemlos in Regionen mit negativen Preisen anzusiedeln (was Bitcoin-Miner in West Texas getan haben).

Eine Lösung für Solarstromerzeuger besteht darin, ihr Kraftwerk als Hybrid aus Solar- und Batteriespeicher zu konzipieren. Mit der in einer Batterie gespeicherten überschüssigen Energie könnte diese zu Spitzenzeiten oder nachts, wenn die Sonne untergegangen ist, wieder an das Netz verkauft werden. Es wird erwartet, dass die Batteriepreise weiter sinken werden, und 4-Stunden-Batterien werden bereits in neue Solarkraftwerksprojekte integriert. Eid et al. (2021) weisen darauf hin, dass die Rendite durch den Einbau von Batterien aufgrund der zusätzlichen Investitionen sinkt, sodass dies je nach Investitionszwängen möglicherweise keine ideale Lösung ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zusätzliche Übertragungsleitungen zu errichten, die den Strom an weiter entfernte Orte leiten können, die den überschüssigen Strom benötigen.

Eine zweite Lösung ist die Integration einer Bitcoin-Mining-Anlage, entweder mit Batterien oder allein. Shan und Sun haben das kalifornische Stromnetz anhand von Daten des California Independent System Operator (CAISO) über Stromabschaltungen modelliert und festgestellt, dass das Bitcoin-Mining 50,8 bis 79,9 % der Stromabschaltungen reduzieren und dem System zusätzliche Einnahmen in Höhe von 5,6 bis 48,1 Millionen Dollar bescheren könnte, basierend auf Daten aus dem Jahr 2018. Diese Studie befasste sich nicht mit dem zusätzlichen Einsatz von Batterien. Ein aktueller Bericht von Square und ArkInvest deutet jedoch darauf hin, dass die Kopplung von Batterien und Bitcoin-Mining für den Solarstrombetrieb von Vorteil sein könnte. Eid et al. (2021) führten Simulationen durch, in denen sie den Einsatz von Batterien oder Bitcoin-Minern zur Steigerung der Rentabilität von Solarkraftwerken verglichen, und stellten fest, dass die Bitcoin-Miner in allen Szenarien besser abschnitten als der Einsatz von Batterien. Da die Batteriepreise weiter sinken, könnte sich dieses Kalkül im Laufe der Zeit ändern. Dennoch ist es im Hinblick auf die Rentabilität wahrscheinlich vorteilhaft, Miner zu betreiben, die zumindest einen Teil des gekürzten Stroms verbrauchen. Schließlich hat die Studie von Shan und Sun gezeigt, dass die Verlagerung des Bergbaus zur Bewältigung von Stromabschaltungen „die CO₂-Emissionen verringern, den Kapazitätsausbau fördern und die Zuverlässigkeit des Netzes verbessern“ könnte.

Zusätzliche Umwelt-Vorteile

Neben der Unterstützung der Umstellung auf erneuerbare Energien kann das Bitcoin-Mining durch Energieeffizienz und Abfallbeseitigung auch Vorteile für die Umwelt mit sich bringen und möglicherweise als Mechanismus zur Verringerung der Treibhausgasemissionen dienen.

Nutzung der Wärmeentwicklung beim Bitcoin-Mining zur Verbesserung der Energieeffizienz

Physikalisch gesehen wird beim Bitcoin-Mining Strom in Wärme umgewandelt. Die Wärme kann an die Umgebung abgegeben oder für produktive Zwecke genutzt werden. Die Forschung in diesem Bereich ist im Entstehen begriffen.

In einer Bachelorarbeit wurde die Möglichkeit untersucht, das Mining zur Beheizung eines Mehrfamilienhauses zu nutzen. In einer Masterarbeit wurde untersucht, wie eine 45-MW-Bitcoin-Mining-Anlage mit einem 8,34 Hektar großen Cannabis-Gewächshaus verbunden werden kann, das sich in Alberta, Kanada, befindet. Diese Arbeit ergab ein Einsparungspotenzial von 70.000 Tonnen Kohlendioxidemissionen für ein solches geschlossenes Energiesystem.

In einem kürzlich erschienenen Nachrichtenartikel wurde über eine Partnerschaft zwischen MintGreen und der Stadt North Vancouver berichtet, in deren Rahmen die überschüssige Wärme aus dem Bitcoin-Mining in die Gebäude der Stadt geleitet oder bei Bedarf an einen lokalen Meersalz-Hersteller verkauft werden soll. Die Partnerschaft geht davon aus, dass die Wärme aus den digitalen Heizkesseln von MintGreen im Vergleich zu Erdgas während der Laufzeit des Vertrags mit North Vancouver 20.000 Tonnen Treibhausgase einsparen würde. Die Stadt ist der Ansicht, dass die Wärme aus dem Bitcoin-Mining dazu beitragen wird, ihre Abhängigkeit von Erdgas zu verringern und ihr Ziel zu erreichen, die Emissionen bis 2040 um 80 % unter das Niveau von 2007 zu senken.

Andernorts wird die Mining-Wärme zur Erwärmung von Warmwasser, zur Beheizung von Gewächshäusern in den Wintermonaten und zur Destillation von Whiskey genutzt. Darüber hinaus gibt es in der Bitcoin-Community anekdotische Hinweise darauf, dass einige private Miner ihre Häuser nachrüsten und ihre Miner für einen doppelten Zweck nutzen: zum Heizen und zum Sammeln von Bitcoins. Wir glauben, dass die Miner durch die Heizung ihren Bedarf an Strom ausgleichen und ihren CO₂-Fußabdruck verringern können.

Bitcoin-Mining als finanzieller Anreiz für die Abfallbeseitigung

Unser Hauptaugenmerk liegt zwar auf der Verringerung des Großteils der Emissionen aus der direkten Verbrennung fossiler Brennstoffe, doch auch Nebenprodukte aus der Produktion fossiler Brennstoffe, Deponien, landwirtschaftliche Abfälle und Autoreifen tragen zu schädlichen Gasen in der Atmosphäre und im Boden bei. Etwa 30 % der weltweiten Methanemissionen entfallen auf Mülldeponien. Bei der Öl-, Gas- und Kohleförderung entstehen Methanemissionen durch das ineffiziente Abfackeln von Methangas und durch Leckagen. Reifen sind ebenfalls eine Gefahr für die Umwelt und ein Speicher für nicht genutzte Energie. Wir glauben, dass die Verringerung von Treibhausgasen aus Abfällen durch Bitcoin-Mining-Belohnungen gefördert werden kann und liefern Beweise aus aktuellen Anwendungsfällen.

Bitcoin monetarisiert das Erfassen von Methan-Emissionen aus abgefackeltem Gas und Leckagen

Im jüngsten Bericht des IPCC aus dem Jahr 2021 wurde festgestellt, dass etwa 0,3 Grad Celsius der derzeitigen globalen Erwärmung von 1,1 Grad Celsius auf Methangas zurückzuführen sind. Methangas hat zwar eine kürzere Lebensdauer als Kohlendioxid, ist aber ein viel stärkeres Treibhausgas. Nach Angaben der UNO hat Methan, gemessen über einen Zeitraum von 20 Jahren, ein 84- bis 86-mal höheres Erderwärmungspotenzial als Kohlendioxid.

Wir wissen, dass abgefackeltes Gas in letzter Zeit ohne staatliche Intervention zum Bitcoin-Mining verwendet wird. Crusoe Energy bietet jetzt Cloud-Computing-Dienste an, die mit zuvor abgefackeltem Gas betrieben werden, und Exxon testet mit Crusoe ein Pilotprojekt, bei dem dieses verschwendete Gas zum Bitcoin-Mining umgeleitet wird, um die Umweltstandards zu erfüllen. Einem Bericht von CNBC zufolge betrachtet Exxon das Bitcoin-Mining als eine Möglichkeit, das Ziel der Weltbank „Zero Routine Flaring by 2030“ zu erreichen. ConocoPhillips führt Berichten zufolge ein ähnliches Test-Pilotprojekt durch. Auf der Website von Crusoe wird eine Reduzierung der Kohlendioxid-Äquivalent-Emissionen um 63 % angegeben. Nezhadfard et al. untersuchten die Stromerzeugung für die Methan-Rückgewinnung und stellten fest, dass bestimmte Verbrennungsmotoren tatsächlich eine Nettoreduzierung der Kohlendioxid-Äquivalent-Emissionen bewirken könnten. Der Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index schätzt, dass mit der weltweiten Rückgewinnung von abgefackelten Gas das Bitcoin Mining Netzwerk 4,6 mal betreiben werden könnte (basierend auf der Energienutzung vom 8. Mai 2022).

Bitcoin als Käufer der ersten Wahl für unkonventionelle Energieträger: Mülldeponien, landwirtschaftliche Abfälle, Kohleabfälle und Autoreifen

Wie bereits erwähnt, sind Deponien für 30 % der weltweiten Methanemissionen verantwortlich. Landwirtschaftliche Abfälle, insbesondere aus der Viehhaltung, tragen zur Verschmutzung von Boden, Wasser und Luft bei. Die EPA schätzt, dass in den USA 26 % der Methanemissionen auf die Landwirtschaft und 19 % auf Abfälle entfallen.

Biomining ist ein mexikanisches Unternehmen, das Gülle zum Mining von Bitcoin verwendet. Aus der Gülle wird Biogas gewonnen, eine erneuerbare Energiequelle. Dieser Ansatz kann auf Deponien einer bestimmten Größe ausgeweitet werden. Für Mülldeponien kann es sich lohnen, ältere Miner zu betreiben, um zusätzliche Einnahmen zu erzielen. Biogas kann auch aus der Behandlung von Abwässern und Industrieabwässern gewonnen werden.

In Pennsylvania treibt Stronghold Digital Mining seine Bitcoin-Miner mit einem Kraftwerk an, das Abfälle aus der Kohleaufbereitung nutzt. Der Staat gibt diesen Anlagen Anreize, Schadstoff-reduzierende Technologien zu installieren, und auf der Website von Stronghold wird behauptet, dass die NOx-, Partikel-, Quecksilber- und SO2-Emissionen um 90 bis 99 % reduziert werden. Diese Behauptungen sind jedoch nicht von unabhängiger Seite überprüft worden. Die Umweltauswirkungen dieser Art von Waste-to-Energy-Bitcoin-Mining müssen noch genauer untersucht werden. Schließlich müssen Reifen auf Abfalldeponien gelagert werden und geben Giftstoffe an die Umwelt ab. Aufgrund ihres hohen Energiegehalts können sie leicht in Brand geraten und Schadstoffe in die Atmosphäre freisetzen. Im Jahr 2019 wurden in den USA 76 % der Reifen recycelt. Die verbleibenden 24 % können bei hohen Temperaturen abgebaut werden, wodurch die Umweltverschmutzung durch die direkte Verbrennung zur Energiegewinnung vermieden wird. Von hier aus können die zersetzten Reifenabfälle in Kraftstoff umgewandelt werden. Reifen-Kraftstoff erzeugt jedoch Emissionen, die mit denen herkömmlicher Kraftstoffe vergleichbar sind. Daher müssen Kosten und Nutzen der Verwendung von aus Reifen gewonnenen Kraftstoffen für das Bitcoin-Mining als eine Form der Abfallbeseitigung und der Reduzierung von Umweltrisiken abgewogen werden.

Schlussfolgerung

Wenn wir über Bitcoin und die Umwelt nachdenken, müssen wir den Wert von Bitcoin selbst, seine negativen und seine positiven Umweltauswirkungen abwägen. Bitcoin ist ein digitaler Vermögenswert im Wert von 600 Milliarden Dollar, eine Verkörperung und Erweiterung tief verwurzelter amerikanischer Werte und ein Mittel, um amerikanische Interessen voranzutreiben. Proof-of-Work, so haben wir argumentiert, ist für den Wert von Bitcoin in allen drei Dimensionen von wesentlicher Bedeutung, hat aber, wie jede andere Industrie auch, Umweltauswirkungen. Diese, so haben wir argumentiert, werden aufgrund grundlegender Missverständnisse des Bitcoin-Protokolls oft übertrieben dargestellt. Schließlich haben wir die vielen Möglichkeiten untersucht, wie das Bitcoin-Mining uns helfen kann, die Herausforderung des Klimawandels zu bewältigen. Mining reduziert das Investitionsrisiko in erneuerbare Energien – insbesondere bevor die Anlage an das Netz angeschlossen ist – und fungiert als einzigartig flexible, kontrollierte Last-Ressource. Das Mining hat weitere Vorteile für die Umwelt, darunter die innovative Nutzung von Abwärme, die sichere Entsorgung von Altreifen, die Sanierung von Kohleabfällen und vor allem die Entsorgung von Methan an Bohrplätzen, Bauernhöfen und Mülldeponien in großem Maßstab. Besonders in dieser Anfangsphase der Entwicklung müssen die Regulierungsbehörden sowohl den Wert von Bitcoin als auch die einzigartigen und positiven Beiträge des Bitcoin-Minings zur Nachhaltigkeit im Auge behalten.


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Wenn meine Übersetzung wertvoll für Dich war, würde ich mich über ein paar Satoshis an bitboxer75@getalby.com freuen. Vielen Dank!