Bitcoin Net Zero

Erstellt von NYDIG | Veröffenlichung September 2021 |

Autoren:
Nic Carter (Castle Island Ventures),
Ross Stevens (NYDIG)
Original Quelle

Übersetzt von: BitBoxer

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.

Diese Übersetzung ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.

Abschnitt 1: Die Bedeutung von Bitcoin heute
1.1 Die menschlichen Kosten der Währungsinstabilität
1.2 Die Bedeutung von Bitcoin für die heutige Gesellschaft
1.3 Energienutzung und zivilisatorischer Fortschritt
Abschnitt 2: Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin
2.1. Wie sieht es mit der Stromnutzung und den Emissionen von Bitcoin im weltweiten Vergleich aus?
2.2. Warum ist das Bitcoin-Mining stromintensiv?
2.3. Wie hoch ist die Stromnutzung beim Bitcoin-Mining?
2.4. Welche Kohlenstoffemissionen sind durch den historischen Stromverbrauch entstanden?
2.5. Wie steht Bitcoin im Vergleich zu anderen Innovationen und Rohstoffen da?
Abschnitt 3. Künftige Kohlenstoffemissionen von Bitcoin
1. Wie wird sich die Stromnutzung von Bitcoin unter verschiedenen Szenarien entwickeln?
2. Wie werden sich die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin in diesen Szenarien entwickeln?
3. Welche Hebel zur Dekarbonisierung könnten die Emissionen reduzieren?

Zusammenfassung

Seit 1920 hat es mindestens 55 Hyperinflationen gegeben, die Ersparnisse vernichtet und wirtschaftliche Not verursacht haben. Solche Ereignisse resultieren im Allgemeinen aus dem Missmanagement von Finanzsystemen und der Wirtschaft durch Zentralregierungen. Bitcoin bietet der Welt eine Alternative - ein solides Geldsystem außerhalb der Kontrolle von Regierungen und Zentralbanken.

Vor allem für die Milliarden von Menschen in weniger glücklichen wirtschaftlichen Verhältnissen stellt Bitcoin einen großen Durchbruch dar. Er bietet Arbeitnehmern und Sparern eine Möglichkeit, sich vor der Inflation zu schützen, indem sie ihr Vermögen in einem Medium speichern, das unabhängig von Zentralbanken und resistent gegen staatliche Enteignung ist. Bitcoin wurde in der kurzen Zeit seines Bestehens von über 100 Millionen Menschen weltweit angenommen, wobei die Akzeptanz in Ländern mit hoher Inflation, lästigen Kapitalverkehrskontrollen, einer schwachen Achtung von Eigentumsrechten oder schlechter Regierungsführung besonders hoch ist. Die Menschen in diesen Ländern schätzen die institutionellen Qualitäten von Bitcoin, die im Vergleich zu ihren lokalen Gegebenheiten günstig sind.

Um seine Aufgabe zu erfüllen, stützt sich Bitcoin auf ein „Proof-of-Work“-System, bei dem Miner miteinander konkurrieren, um Transaktionen in einem gemeinsamen globalen Kassenbuch zusammenzustellen. Dieser Prozess ist die primäre Triebfeder für die Energiekosten von Bitcoin und die damit verbundenen Kohlenstoffemissionen, die im Kontext der Energiekosten anderer Technologien betrachtet werden können, die unsere Lebensqualität verbessert haben, zum Beispiel Heizung, Klimaanlage, Waschmaschinen und Wäschetrockner. Wir schätzen, dass Bitcoin im Jahr 2020 62 TWh Strom genutzt hat, was zu 33 Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen geführt hat, was im globalen Maßstab unbedeutend ist und nur 0,04 Prozent der globalen Primär-Energie-Nutzung und 0,1 Prozent der globalen Kohlendioxidemissionen ausmacht. Die Stromnutzung von Bitcoin ist auch im Vergleich zu anderen energieintensiven modernen Annehmlichkeiten wie Haushaltskühlung (630 TWh) und Wäschetrocknern (108 TWh) gering.

Wenn die Nachfrage nach Bitcoin weiter steigt, wird auch der Preis weiter steigen, was die Bitcoin-Miner dazu veranlasst, mehr Energie für die Vervollständigung von Blöcken aufzuwenden – weil sie dafür in Bitcoin belohnt werden. Diesem Anreiz zum Mining steht die vorgesehene Halbierung der Bitcoin-Belohnungen etwa alle vier Jahre entgegen, wodurch die Mining-Einnahmen und die daraus resultierende Nachfrage nach Strom sinken.

Wir haben den zukünftigen Kohlenstoff-Fußabdruck von Bitcoin unter Verwendung einer Reihe von zukünftigen Preisszenarien bewertet. In einem Basis-Szenario erreicht der Bitcoin-Preis im Jahr 2030 einen Wert von 60.000 $. Die Stromnutzung und die damit verbundenen Emissionen erreichen im Jahr 2024 einen Höchststand von etwa 120 TWh und 47 Megatonnen CO₂, bevor sie rasch zurückgehen. Bis 2028 liegen die Emissionen unter einem Netto-Null-Pfad (eine lineare Verringerung der Kohlenstoffemissionen von 2020 auf null bis 2050).

In einem Hochpreisszenario erreicht Bitcoin bis 2030 einen Wert von 490.000 Dollar, was dem 45-fachen des Durchschnittspreises von 2020 entspricht. Die Stromnutzung erreicht 2027 das 11-fache des Niveaus von 2020, und die damit verbundenen Kohlenstoffemissionen sind siebenmal so hoch wie 2020. Nach 2027 gehen die Emissionen rasch zurück und erreichen 2040 22 Megatonnen CO₂. Selbst auf dem Höhepunkt des Hochpreisszenarios entsprechen die Emissionen von Bitcoin nur 0,9 Prozent der weltweiten Kohlenstoffemissionen.

Durch die Bereitstellung eines soliden neuen Geldsystems, das unabhängig von Regierungen ist, kann Bitcoin Milliarden von Menschen einen Wert bieten. Dies überwiegt bei weitem den damit verbundenen Energiebedarf. Darüber hinaus konzentrieren sich viele Miner zunehmend darauf, die mit ihren Aktivitäten verbundenen Kohlenstoffemissionen zu minimieren, indem sie Kompensationen kaufen, erneuerbare Energie beschaffen, Standorte mit erneuerbarer Energie bevorzugen und ansonsten verschwendete Energie, wie zum Beispiel gedrosselte Wasserkraft und abgefackeltes Gas, zunutzen. Längerfristig wird die Intensität der Kohlenstoffemissionen von Bitcoin (und damit auch die absoluten Kohlenstoffemissionen von Bitcoin) sinken, da die Entwicklung erneuerbarer Energien weiter voranschreitet und Länder sich bemühen, ihre Stromnetze zu dekarbonisieren.

Abschnitt 1: Die Bedeutung von Bitcoin heute

In diesem Abschnitt wird Bitcoin in seinem Kontext als nicht-staatliches Geldsystem vorgestellt und betrachtet, das rasch in eine Welt der Fiat-Währungen eindringt. Er regt die Leser dazu an, die menschlichen Kosten der monetären Instabilität zu bedenken, die von Milliarden von Menschen weltweit getragen werden. Der Zugang zu einer stabilen Währung in einem Land, das die Eigentumsrechte respektiert, ist eher die Ausnahme als die Norm. Wir gehen den folgenden Fragen nach:

Was sind die Kosten und Nachteile, die mit monetärer Instabilität verbunden sind?
Welchen Platz nimmt Bitcoin heute unter den Geldwerten ein?
Wie stark wurde Bitcoin in den ersten 12 Jahren angenommen?
Wo wurde Bitcoin am stärksten angenommen, und was sagt uns das über sein Wertversprechen?
Wie ist der Zusammenhang zwischen Energienutzung und Lebensqualität?

Zusammenfassung

Es gibt zahlreiche Beispiele, bei denen der Zusammenbruch einer Währung den Bürgern unmittelbaren und nachweisbaren Schaden zugefügt hat. Wir stellen die jüngsten Beispiele aus Argentinien, Libanon, Türkei, Kuba und Nigeria vor.
Bislang gab es in der Geschichte 56 Hyperinflationen. Bis auf eine Ausnahme fanden alle im 20. oder 21. Jahrhundert statt, und keine davon in einer Volkswirtschaft mit einer Währung, die auf einem Rohstoff-Standard basiert. Die Ersparnisse der Menschen, die die Währung nicht in Sachwerte umgetauscht haben, wurden vernichtet.
Von Währungskrisen sind die Mittel- und Unterschichten unverhältnismäßig stark betroffen, da sie keine Sachwerte besitzen und nicht über die nötigen Mittel verfügen, um ihr Vermögen ins Ausland zu verlagern.
Bitcoin kann den Bürgern zugutekommen, indem Zentralbanken, die möglicherweise zu inflationär agieren, zu geldpolitischer Disziplin gezwungen werden.
Bitcoin bietet Sparern die Möglichkeit, ihr Vermögen in einem von Zentralbanken unabhängigen Medium zu speichern. Mehr als 100 Millionen Menschen weltweit haben ihn in der kurzen Zeit seiner Existenz angenommen.
Eine hohe Pro-Kopf-Akzeptanz von Bitcoin ist in Ländern mit hoher Inflation, lästigen Kapitalverkehrskontrollen, einer schwachen Achtung von Eigentumsrechten und schlechter Regierungsführung zu beobachten. Dies zeigt, dass die Menschen in diesen Ländern die institutionellen Qualitäten von Bitcoin schätzen, die im Vergleich zu ihren lokalen Gegebenheiten günstig sind.
Die Energiekosten von Bitcoin müssen im Zusammenhang mit ihren Vorzügen betrachtet werden. Zahlreiche energienutzende Technologien – zum Beispiel Heizung, Klimaanlagen, Waschmaschinen und Wäschetrockner – wurden eingeführt, weil sie die Lebensqualität verbessern.

1.1 Die menschlichen Kosten der Währungsinstabilität

Argentinien, im Dezember 2001
Am 1. Dezember 2001 wurden alle Bankkonten in Argentinien eingefroren. Der argentinische Peso verlor über Nacht 40 % seines Wertes gegenüber dem US-Dollar und in den folgenden drei Jahren 75 % seines Wertes. Die meisten Sparer, die zusehen mussten, wie der Wert ihrer eingefrorenen Ersparnisse sank, waren Kleinsparer; diejenigen, die über die nötigen Mittel verfügten, hatten ihre Gelder in der Zeit vor der Abwertung über Nacht in sicherere Länder verlagert.¹

Die Ersparnisse der Mittel- und Unterschicht wurden praktisch vernichtet. Da das Geld eingefroren wurde, brach der Handel zusammen, und die Arbeitslosigkeit stieg sprunghaft an und erreichte einen Höchststand von 22,5 %. Allein im Dezember gab es 24 Tote bei Unruhen. Sieben Millionen Menschen aus der Mittelschicht wurden durch das, was als corralito – wörtlich „Laufgitter“ – bekannt wurde, und seine Folgen in die Armut gestürzt.² Dies bedeutete, dass 18 Prozent der Bevölkerung zu nuevos pobres – neuen Armen – wurden.

Abwertungen treten in der Regel plötzlich auf, verletzen ausnahmslos die Eigentumsrechte und fügen den wirtschaftlich am wenigsten mobilen Menschen den größten Schmerz zu. Das Bankensystem – aus den Einlagen nur schwer oder gar nicht mehr herausgezogen werden können – ist in der Regel das wichtigste Mittel der Enteignung. Argentiniens Corralito folgte auf tragische Weise dem Lehrbuch der Abwertung.

Angesichts dieser und anderer Erinnerungen an starke Abwertungen hat Argentinien eine der weltweit höchsten Pro-Kopf-Raten bei der Einführung von Kryptowährungen.³ Der argentinische Krypto-Broker Ripio hat 1,3 Millionen Nutzer, die von soliden, nicht-staatlichen Währungen, zum Beispiel Bitcoin angezogen werden.⁴

Türkei, im Mai 2018
Am 23. Mai 2018 fiel die türkische Lira um fünf Prozent gegenüber dem US-Dollar. Der Auslöser: Die Ankündigung von Präsident Erdogan, dass er sich über die Ansichten der Zentralbank hinwegsetzen und die Zinssätze direkt bestimmen würde.⁵ Die Lira wertete im Laufe des Jahres um 25 Prozent ab, und seit 2013 ist sie gegenüber dem Dollar um 77 Prozent gefallen. Die offizielle Inflation lag in den letzten drei Jahren weit über 10 Prozent⁶, was einkommensschwache Haushalte, die keine Sachwerte zum Tauschen und Verkaufen besitzen, unverhältnismäßig stark trifft. Die Inflation ist in die Höhe geschnellt, und das Wachstum ist drastisch zurückgegangen.

Angesichts der kulturellen Affinität zu Gold in der Türkei ist es keine Überraschung, dass Bitcoin eine bedeutende Rolle gespielt hat, als die Währung schwächer wurde. Die Türkei rühmt sich der weltweit achthöchsten Pro-Kopf-Durchdringung von Kryptowährungen, mit geschätzten 5 Millionen Krypto-Investoren.⁷ Die lokalen Börsen BtcTurk und Paribu zählen jeweils 3 Millionen Nutzer.

Die 84 Millionen Einwohner der Türkei sind gezwungen, mit einer Währungskrise zu rechnen, die durch die direkte Durchsetzung der geldpolitischen Ansichten von Präsident Erdogan in Verbindung mit einer schwachen, nicht unabhängigen Zentralbank mit wechselnden Gouverneuren verschärft wurde.⁸ Die derzeitige Krise, die durch eine untragbare Kreditaufnahme und Ausgaben der Regierung in Verbindung mit einer mangelnden monetären Glaubwürdigkeit verursacht wurde, hat der Bevölkerung großen Schaden zugefügt.

Libanon, im Oktober 2019
Im Oktober 2019 verhängten die libanesischen Banken willkürliche Abhebungslimits, wodurch die Ersparnisse der Nutzer in einem System gefangen blieben, das seine ausstehenden Verbindlichkeiten nicht erfüllen konnte.⁹ Geldautomaten gaben kein Bargeld mehr aus. Seit Herbst 2019 hat das libanesische Pfund gegenüber dem US-Dollar 91 Prozent an Wert verloren. Obwohl das Pfund nominell weiterhin bei 1.500 zu 1 Dollar gebunden ist, liegt der Straßenkurs bei 17.000 zu 1 Dollar. Inmitten des Chaos haben sich große Einleger aus dem Bankensystem zurückgezogen und 6 Milliarden Dollar¹⁰ unter direkter Umgehung der Kapitalkontrollen aus dem Land geschmuggelt. Die mageren Ersparnisse kleinerer Einleger wurden eingefroren.

Die Folgen der Finanzkrise und des Währungszusammenbruchs sind verheerend. Die einstmals pulsierende Mittelschicht wurde ausgelöscht. Die einfachen Bürger, die keinen Zugang zu funktionierenden Finanzdienstleistungen haben, haben sich auf den Tausch von Waren verlegt.¹¹ Mehr als die Hälfte der Bevölkerung ist in die Armut getrieben worden.¹² Die Weltbank¹³ hat diese Episode als eine der 10 schlimmsten Finanzkrisen seit Mitte des 19. Jahrhunderts bezeichnet. Mehr als drei Viertel der Familien können sich nicht ausreichend ernähren, und zwei Drittel der Bevölkerung kaufen ihre Lebensmittel inzwischen auf Kredit.¹⁴

Wie beim argentinischen Corralito haben die Eliten oft die Möglichkeit zu fliehen, wenn eine fragile Fiat-Währung zusammenbricht, während kleine und mittlere Einleger finanziell bestraft werden und unter einer zunehmenden Verschlechterung ihrer Lebensbedingungen leiden. Angesichts eines dysfunktionalen Finanzsystems haben einige unternehmerisch denkende Libanesen begonnen, Bitcoin als Brückenwährung für Überweisungen zu nutzen.¹⁵

Kuba, im Januar 2021
Seit 1993 sind die Kubaner gezwungen, mit konkurrierenden Währungen in einem verworrenen System verschiedener Wechselkurse zu jonglieren. Während sowohl der Peso als auch der konvertierbare Peso (CUC) offiziell an 1 Dollar gekoppelt sind, wird der Peso zu etwa 4 Cent pro Dollar gehandelt. Staatsbedienstete erhalten ihre Gehälter in Pesos, sodass der Peso die gängigere Währung ist; konvertierbare Pesos sind für Touristen und Importe reserviert. Die Assoziation des CUC mit dem „Luxus“- oder Tourismussektor bedeutet, dass viele Kubaner ihre in Peso bezahlten Arbeitsplätze zugunsten von Jobs im Tourismus oder als Taxifahrer aufgegeben haben, die ihnen Zugang zu knapperen, zuverlässigeren CUC verschaffen.¹⁶ Das Jonglieren mit mehreren Währungen führt zu Reibungen und ständiger Verwirrung, und der Zugang zu diesen unterschiedlichen Währungen fördert die Ungleichheit in der kubanischen Gesellschaft.

Die COVID-19-Pandemie führte zu einem Rückgang des Tourismus, was die kubanische Wirtschaft erheblich beeinträchtigte und eine Wirtschaftskrise auslöste. Darüber hinaus vereinheitlichte die Regierung am 1. Januar 2021 die nebeneinander bestehenden Währungssysteme, was zu einer schockartigen Abwertung und einer dreistelligen Inflation führte.¹⁷ Wie bei allen scharfen Richtungswechseln in der Geldpolitik waren die Auswirkungen unterschiedlich. Kubaner, die in inländischen Pesos sparen und nicht für die Regierung arbeiten, litten besonders unter der Abwertung, während Staatsbedienstete eine automatische Lohnerhöhung erhielten, um die Inflation auszugleichen.¹⁸

Die Abwertung in Verbindung mit der Dollarknappheit hat die Wirtschaftskrise verschärft. Die Inflation wird in diesem Jahr mindestens 500 Prozent betragen, und die Kubaner waren gezwungen, auf dem Schwarzmarkt Devisen zu erwerben, um sich mit Lebensmitteln und Gütern des täglichen Bedarfs zu versorgen.¹⁹ Die Krise hat die heftigsten Proteste gegen das kubanische Regime seit der Revolution von 1959 ausgelöst. Die wirtschaftliche Misere ist so ausgeprägt, dass die Kubaner bei den ersten Massenprotesten des Landes die Verhaftung durch die Geheimpolizei riskieren.

Nigeria, im Mai 2021
Nigeria ist mit 211 Millionen Einwohnern das bevölkerungsreichste Land Afrikas und eine wachsende Wirtschaftsmacht, die in der Zukunft des Kontinents eine wichtige Rolle spielen wird. Doch die Bevölkerung hat mit einem unzuverlässigen Geldsystem zu kämpfen. Die Inflation erreichte im März 2021 18 Prozent²⁰, wobei die Lebensmittelpreise besonders instabil sind. Die materielle Inflation ist für die Nigerianer alltäglich – seit 2008 lag sie im Durchschnitt bei 12,2 Prozent.²¹ Die Währungsprobleme haben sich in diesem Jahr mit der abrupten Abwertung²² des Naira verschärft, die aus dem Versuch resultierte, die beiden Parallelwährungen des Landes zu harmonisieren. Die auf Naira lautenden Ersparnisse gingen verloren, und Nigeria geriet ebenfalls in eine schmerzhafte Rezession. Aufgrund der rigiden Devisenkontrollen ist es für Sparer jedoch schwierig, den Naira in andere, solidere Währungen umzutauschen.²³

Daher überrascht es nicht, dass Nigeria eine sehr hohe Bitcoin-Akzeptanzrate aufweist – laut Statista die höchste weltweit: In einer kürzlich durchgeführten Umfrage gaben 32 Prozent der Befragten an, Kryptowährung zu verwenden.²⁴ Selbst die Maßnahmen der Regierung, die Börsen vom Bankensektor abzuschneiden, konnten die Begeisterung für Bitcoin nicht aufhalten. Die Nutzer sind einfach zu Peer-to-Peer-Börsen wie Paxful abgewandert, wo Nigeria hinter den USA weltweit an zweiter Stelle steht. Chainalysis schätzt²⁵, dass allein im Mai 2021 Kryptowährungen im Wert von 2,4 Milliarden Dollar in nigerianische Hände geflossen sind.

Die Verwendungszwecke von Bitcoin in Nigeria sind äußerst vielfältig. Politische Aktivistengruppen, die vom formellen Bankensektor ausgeschlossen sind, haben Bitcoin genutzt, um Spenden anzunehmen und auf eine Art und Weise zu mobilisieren, die die Zensur umgeht. Einige Nigerianer nutzen Bitcoin auch als alternatives Sparmittel. Andere nutzen Bitcoins als Überbrückungswährung für die Einfuhr von US-Dollars. Bitcoin ist auch ein Tauschmittel²⁶ für Exporteure, die durch Devisenkontrollen behindert werden. Kurzum, Bitcoin setzt die Kreativität und das wirtschaftliche Potenzial einer wachsenden und ehrgeizigen Bevölkerung frei und bietet ihr eine Alternative zu einem ausgrenzenden und instabilen Finanzsystem.

Diese jüngsten Beispiele sind tragischerweise nur ein kleiner Ausschnitt der weltweiten Währungszusammenbrüche und ihrer Auswirkungen auf die Menschen, insbesondere auf die Mittel- und Arbeiterklasse. Die Geschichte der Fiat-Währung ist voll von solchen Beispielen. Am bekanntesten sind die Fälle, in denen der Wert einer Währung praktisch auf null fällt und die Ersparnisse vollständig vernichtet werden. In Venezuela und Simbabwe wurde die Landeswährung vollständig vernichtet. Insgesamt lassen sich in der Geschichte 56 verschiedene Hyperinflationsereignisse (definiert als ein Zeitraum, in dem die Inflation von Monat zu Monat 50 Prozent übersteigt) feststellen.²⁷ Mit einer Ausnahme fanden alle im 20. oder 21. Jahrhundert statt. Die Ursachen waren unterschiedlich und umfassten Kriege, politisches Chaos und plötzliche Veränderungen der Wirtschaftssysteme. Es gibt jedoch eine Konstante: Sie traten jeweils in einer Wirtschaft mit einem willkürlichen Fiat-Geldstandard auf. In einer Volkswirtschaft, in der die Geldpolitik durch einen Rohstoff-Standard eingeschränkt war, hat es noch nie eine Hyperinflation gegeben.

Die Zerstörung der Ersparnisse einer Nation durch unkontrollierte Hyperinflation ist ein modernes Phänomen. Natürlich ist die Hyperinflation nicht die einzige Form des monetären Zusammenbruchs. Geldpolitik kann, wenn sie missbraucht wird, ein mächtiges Instrument zur Enteignung sein, das eine ungewollte Umverteilung gesellschaftlicher Ressourcen ermöglicht. Allzu oft überraschen Währungsreformen die Bürger und entziehen ihnen ihre Kaufkraft. Da die Bürger dazu neigen, entweder direkt oder indirekt über Instrumente zu sparen, die an die Staatsverschuldung und die Währung gebunden sind, gehen scharfe geldpolitische Richtungsänderungen oft auf Kosten der Sparer.

Inflation, Zahlungsausfälle und Währungschaos neigen dazu, die Gesellschaft auszuhöhlen. Historische Darstellungen der Währungsinstabilität und der anschließenden Vernichtung von Ersparnissen sind oft trocken und verstrickt in Fachjargon, und sie übersehen die enormen menschlichen Kosten von monetären Fehlentwicklungen. Schlimmer noch, die Häufigkeit von Finanzkrisen hat seit dem Ende des Bretton-Woods-Systems dramatisch zugenommen²⁸. Zwischen 1975 und 2009 haben Historiker 224 verschiedene Währungskrisen festgestellt²⁹, das sind mehr als sechs pro Jahr.

Ironischerweise findet die zunehmende Häufigkeit und Intensität der monetären Instabilität in einer Zeit statt, in der das Vertrauen der modernen Zentralbanker wächst. Im Jahr 2017 sagte die damalige Vorsitzende der Federal Reserve, Janet Yellen, sie glaube nicht, dass es zu unseren Lebzeiten eine weitere Finanzkrise geben werde.³⁰ Die Zentralbanken der Industrieländer erleichtern heute die staatliche Großzügigkeit, indem sie Schulden monetarisieren, und einige Zentralbanken der Industrieländer³¹ unterstützen die Staatsausgaben nun direkt durch die Ausgabe von Geld. Da die quantitative Lockerung alltäglich geworden ist, interpretieren die Zentralbanken ihr Mandat neu und erweitern ihren Anwendungsbereich.³²

Trotz der erweiterten Rolle der Zentralbanken sind Finanzkrisen nicht obsolet. Die Zahlungsausfälle von Staaten waren 2020 so hoch wie seit mehr als 20 Jahren nicht mehr,³³ und das Verhältnis zwischen Herab- und Heraufstufungen der Kreditwürdigkeit von Staaten war mit 10:1 so hoch wie nie zuvor. Der Zugang zu den glaubwürdigsten Staatswährungen hängt jedoch in hohem Maße vom Geburtsort einer Person ab. Heute leben weltweit 1,3 Milliarden Menschen unter einer zweistelligen oder dreistelligen Inflation.³⁴

1.2 Die Bedeutung von Bitcoin für die heutige Gesellschaft

Heute ist Bitcoin ein weltweit relevantes monetäres Instrument, das eine nicht-staatliche, nicht-bankliche Möglichkeit der Vermögensspeicherung sowie ein unpolitisches, neutrales Transaktionsmedium darstellt. Während viele Menschen Zwischenhändler und Verwahrer nutzen, um ihre Bitcoins zu lagern – so wie viele Menschen es bequem finden, Gold in Papierform zu besitzen – können sie den Vermögenswert auch direkt auf einem Laptop oder Smartphone besitzen. Der Gesamtwert aller im Umlauf befindlichen Bitcoin-Einheiten beläuft sich auf rund 700 Milliarden US-Dollar.³⁵

Bitcoin ist nicht nur ein Mittel zum Transport von Vermögen durch Zeit und Raum über ein System mit vorhersehbaren Regeln und soliden, auf Kryptographie basierenden Garantien, sondern erleichtert auch die endgültige Abwicklung von Werten ohne Gegenparteirisiko. Bitcoin wickelt täglich Transaktionen im Wert von Milliarden von Dollar ohne nennenswerte Unterbrechungen oder Ausfallzeiten ab und bietet den Nutzern innerhalb weniger Blöcke eine vorhersehbare, solide Endgültigkeit. Im April 2021 wurden täglich Bitcoin-Transfers im Wert von schätzungsweise 15 Milliarden Dollar abgewickelt.³⁶ In den ersten 12,5 Jahren seines Bestehens hat Bitcoin Hunderte von einzelnen Transaktionen im Wert von über einer Milliarde Dollar ohne Zwischenfälle abgewickelt. Dank seiner Geschichte eines weitgehend fehlerfreien, kontinuierlichen Betriebs gilt Bitcoin weithin als solides und glaubwürdiges globales Abwicklungssystem.

Diese Abrechnungsgarantien werden durch den Proof-of-Work-Prozess in einer Umgebung ohne ultimativen Koordinator oder Anführer gewährt. Alternative Systeme, die weniger kostspielig erscheinen, basieren auf zentralisierten Modellen mit einer Handvoll ultimativer Schiedsrichter, die die gültige Transaktionshistorie bestimmen. Weil Bitcoin ein neutrales, unpolitisches und meinungsfreies Transaktionsmedium schaffen will, muss es ein offenes Umfeld beibehalten, in dem jeder Miner nach Belieben austreten und beitreten kann. Der Proof of Work ermöglicht dies.

Darüber hinaus vermittelt der Proof-of-Work-Mechanismus die Ausgabe neuer Bitcoins, indem er sie in einem freien Marktumfeld mit offenem Wettbewerb versteigert. Das Bitcoin-Ausgabemodell des freien Marktes stellt sicher, dass keine kleine, privilegierte Gruppe mit alleinigem Zugang zum Geldhahn auftauchen kann. Die Proof-of-Work-Ausgabemethode - bei der Miner Strom und Rechenressourcen aufwenden, um neue Einheiten zu erwerben - legt einen realen Preis für Bitcoin fest, so dass Miner sich "einkaufen" müssen, wenn sie die Position der Münzanstalt einnehmen wollen. Dies steht im Gegensatz zu Fiat-Systemen, in denen eine Handvoll privilegierter Personen eine beliebige Anzahl von Währungseinheiten ohne Kosten für sich selbst schaffen kann.

Für eine im Entstehen begriffene Technologie, die erst 12 Jahre alt ist, hat Bitcoin einen bemerkenswerten Grad der Akzeptanz erreicht. Das Cambridge Center for Alternative Finance schätzt die Zahl der Nutzer von Kryptowährungen im Jahr 2020 auf 101 bis 191 Millionen weltweit.³⁷ Allein die Kryptowährungsbörse und das Brokerage-Unternehmen Coinbase hat 56 Millionen Nutzer³⁸ in 100 Ländern. Eine NYDIG-Umfrage³⁹ ergab 46 Millionen Bitcoin-Besitzer allein in den USA. Crypto.com schätzt, dass es im Januar 2021 106 Millionen Nutzer von Kryptowährungen gab, von denen 71 Millionen Bitcoin besaßen.⁴⁰ Obwohl genaue Schätzungen schwer zu erhalten sind, ist Bitcoin heute wahrscheinlich für das Leben von weit über 100 Millionen Menschen weltweit relevant.

Während ein großer Teil des in Bitcoin investierten Kapitals von amerikanischen, europäischen oder chinesischen Investoren stammt, erzählen die Zahlen zur Pro-Kopf-Verbreitung eine Geschichte der globalen Akzeptanz. Basierend auf einem Index zur Quantifizierung der Akzeptanz an der Basis, der aus On-Chain-Daten, Umfragedaten und messbaren Peer-to-Peer Bitcoin Tauschtransaktionen zusammengestellt wurde, ist es offensichtlich, dass die größte Pro-Kopf-Verbreitung von Bitcoin in Afrika südlich der Sahara, Lateinamerika, Osteuropa und Südostasien zu finden ist.⁴¹

Die 20 kryptoaktivsten Staaten, gemessen an der Nutzung pro Bevölkerungseinheit, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die USA und China führen die Liste an, aber ansonsten wird sie weitgehend von Schwellenländern, Grenzregionen und politisch instabilen Märkten dominiert. Einige Länder, in denen die Bürger aktiv Kryptoaktivitäten nachgehen, befinden sich mitten in einer Inflationsphase - zum Beispiel Venezuela, Argentinien und Nigeria. In anderen, wie China und der Ukraine, wird das Vermögen der Bürger durch strenge Kapitalverkehrskontrollen belastet. Am aufschlussreichsten ist jedoch, dass die Nutzer zumindest teilweise durch das Versagen der lokalen Institutionen zu Bitcoin hingezogen werden. Die Top-10-Staaten auf dem Krypto-Adoptions-Index liegen im Durchschnitt unter dem weltweiten Durchschnitt, wenn es um Demokratie und Regierungsintegrität geht.

Die überproportionale Verbreitung von Bitcoin in Staaten mit schwachen Währungen oder minderwertigem Schutz des Privateigentums⁴² hat ihren Grund: Es handelt sich um ein unabhängiges System von Eigentumsrechten, das die Transaktionsfreiheit des Einzelnen aufrechterhält und es Sparern weltweit ermöglicht, ihr Vermögen direkt über einen einfachen kryptografischen Schlüssel zu kontrollieren. Bitcoin ist ein nicht souveränes globales Netzwerk, das jedem mit Internet und Smartphone zur Verfügung steht, und es bietet eine freie Währungswahl, die Sparern weltweit die Möglichkeit gibt, sich von ihrem lokalen System zu lösen. Darüber hinaus übt das Vorhandensein frei verfügbarer Währungssubstitute eine disziplinierende Kraft auf die Zentralbanken⁴³ aus, die eine lockere Geldpolitik bestraft. Bitcoin muss also nicht vollständig eingeführt werden, um die Lebensbedingungen von Menschen zu verbessern, die unter erratischen Währungssystemen leben: Die bloße Androhung einer Währungssubstitution kann die Währungsbehörden zu einem besseren Verhalten bewegen. Bitcoin hat also eine kontextuelle Bedeutung: Er mag für einige Personen, die glauben, in einem stabilen Währungs- und Finanzumfeld oder unter einer Regierung zu leben, die Eigentumsrechte und Rechtsstaatlichkeit respektiert, nicht so zwingend erscheinen - aber er wird in deren Abwesenheit äußerst relevant.

1.3 Energienutzung und zivilisatorischer Fortschritt

Wie wir später in diesem Bericht untersuchen werden, benötigt Bitcoin eine nicht unbedeutende Menge an Energie. Bevor wir die wahrscheinliche Entwicklung dieser Emissionen untersuchen, können wir die Beziehung der Menschheit zur Energie betrachten.

Die Geschichte der Zivilisation ist eine Geschichte der Erschließung und Nutzung von immer dichteren Energiequellen. Die wichtigsten Instrumente zur Verringerung der Armut und zur Verbesserung der Lebensqualität waren die Entwicklung industrieller Prozesse, die Elektrifizierung, die industrialisierte Landwirtschaft, Klimaanlagen und Heizungen sowie der mechanisierte Verkehr. So wurden beispielsweise seit Deng Xiaopings Reformen in China in den 1980er Jahren 850 Millionen Chinesen durch Industrialisierung und Urbanisierung aus der Armut geholt - alles unter Einsatz von Energie im Überfluss.

Die Welt ist noch nicht vollständig elektrifiziert, und ein moderner, entwickelter Lebensstandard ist bei weitem noch nicht überall vorhanden. In der Tat leben heute 760 Millionen Menschen ohne Zugang zu zuverlässiger Elektrizität.⁴⁴ Nur ein Drittel aller Haushalte weltweit hat Zugang zu einer Klimaanlage und nur 8 Prozent der 2,8 Milliarden Menschen, die in den heißesten Klimazonen leben.⁴⁵

Langfristig gesehen ist die Primär-Energie-Nutzung eng mit dem BIP korreliert (siehe Abbildung 2). Eine Querschnittsanalyse des BIP und des Pro-Kopf-Energieverbrauchs zeigt, dass die wohlhabendsten Länder bei weitem die meiste Energie zu nutzen (siehe Abbildung 3A). Es gibt einfach keine Möglichkeit, einen hohen Lebensstandard zu erreichen, ohne Energie im Überfluss zu produzieren und zu nutzen.

Die Versorgung der Bürger mit Energie im Überfluss ist eine wesentliche Voraussetzung für einen hohen Lebensstandard. Weil uns Energie im Überfluss so viel Luxus gewährt, wird in der Gesellschaft nur selten eine öffentliche Debatte über den sozialen Nutzen dieser Technologien geführt. Klimaanlagen in heißen Ländern werden als selbstverständlich angesehen. Wenn Stromausfälle die Klimaanlagen abschalten, wird eher der Verlust an Komfort beklagt als die vorindustriellen Standardbedingungen akzeptiert. Der im Westen entworfene Gesellschaftsvertrag sieht vor, dass Haushalte und Industrie die Energie, für die sie bezahlt haben, frei nutzen, während die Politik das Netz reguliert und die externen Effekte abmildert.

Zahlreiche technologische Innovationen nutzen große Mengen an Energie und werden aufgrund ihres gesellschaftlichen Nutzens allgemein als sinnvolle Verwendung dieser Energie angesehen. Kühlung, Klimaanlagen, elektrische Ventilatoren, Schiffs- und Flugverkehr - sie alle verbessern unsere Lebensqualität dramatisch, nutzen dabei aber große Mengen an Energie. Wir erwähnen diese Industriezweige nicht, um zu sagen, dass ihre Nutzung eingeschränkt werden sollte, sondern weil sie den Zusammenhang zwischen Energieerzeugung und menschlichem Wohlergehen belegen. Diese Industrien machen die Sommer erträglich und die Winter überlebensfähig, sie machen häusliche Aufgaben bequem, erleichtern ein System des globalen Handels und ermöglichen weltweite Reisen.

Im Zuge des zivilisatorischen Fortschritts werden wir immer wieder neue Möglichkeiten entdecken, um ausreichend Energie auf nachhaltige Weise zu erzeugen. Wenn neue Energieformen im Überfluss vorhanden sind, werden sie Erfahrungen ermöglichen, die bisher nicht verfügbar waren. So wie Benzin und Verbrennungsmotoren das Reisen mit dem Auto ermöglichten und leistungsfähige Batterien die persönliche Datenverarbeitung und ständige Kommunikation ermöglichten, werden neue Mittel der Energieerzeugung und -speicherung die Zivilisation weiter voranbringen. Unsere Herausforderung besteht darin, den ständig steigenden Energiebedarf der Gesellschaft in einer Art und Weise zu decken, die mit allen relevanten planetarischen Beschränkungen vereinbar ist. Die Alternativen - Rückfall in einen vorindustriellen Zustand oder Ausschluss des globalen Südens von der Industrialisierung - sind weder praktisch noch moralisch vertretbar.

Wie die oben genannten Technologien ist auch Bitcoin eine neuartige Innovation, die die Lebensqualität weltweit verbessern kann. Er bietet Sparern die Möglichkeit, ihr Vermögen direkt in einem soliden, nicht-staatlichen Geldsystem zu kontrollieren, das an nicht-diskretionäre Regeln gebunden ist. Als solches bietet Bitcoin ein einzigartig starkes System von Eigentumsrechten. Wie bei allen bahnbrechenden Technologien wurden die Vorzüge und Möglichkeiten von Bitcoin nicht sofort vom gesamten adressierbaren Markt in vollem Umfang wahrgenommen, obwohl die Akzeptanzkurve schnell ansteigt. Da Bitcoin ein einzigartiges monetäres Medium mit einem klar definierten Nutzenversprechen ist, kann er unter anderen energieintensiven Innovationen, die unsere Lebensqualität verbessern, eingeordnet werden.

Abschnitt 2: Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin

In diesem Abschnitt wird untersucht, warum das Bitcoin-Mining eine signifikante Stromnutzung erfordert, und es werden die historische Stromnutzung und die daraus resultierenden Kohlenstoffemissionen untersucht. Er kontextualisiert die Stromnutzung und die Kohlenstoffemissionen des Bitcoin-Minings und vergleicht sie mit den globalen Werten und denen anderer Innovationen und Rohstoffe. Wir befassen uns mit den folgenden Fragen:

Wie sieht es mit der Stromnutzung und den Kohlenstoffemissionen von Bitcoin im weltweiten Vergleich aus?
Warum ist Bitcoin-Mining so stromintensiv?
Wie hoch ist die Stromnutzung beim Bitcoin-Mining?
Welche Kohlenstoffemissionen sind mit dieser Stromnutzung verbunden?
Wie steht Bitcoin im Vergleich zu anderen Innovationen und Rohstoffen da?

Zusammenfassung

Die absolute Stromnutzung und die Kohlendioxidemissionen von Bitcoin sind im globalen Maßstab nicht signifikant. Sie machen 0,04 Prozent der globalen Primär-Energie-Nutzung, 0,2 Prozent der globalen Stromerzeugung und 0,1 Prozent der globalen Kohlendioxidemissionen aus.
Das Bitcoin-Mining ist von vornherein stromintensiv, um die Sicherheit des Netzwerks zu gewährleisten.
Die Stromnutzung des Bitcoin-Minings wird anhand eines „bottom-up“ Ansatzes geschätzt, der auf der Netzwerk-Hashrate und der Effizienz der Mining-Geräte basiert. Wir schätzen, dass Bitcoin-Mining im Jahr 2020 62 Terawattstunden (TWh) Strom genutzt hat. Dieser Wert stieg bis März 2021 auf 92 TWh auf Jahresbasis, bevor er im Juli nach dem chinesischen Vorgehen gegen das Mining auf 49 TWh fiel.
Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin werden in erster Linie durch die Kohlenstoffintensität des Strommixes der Miner und deren Stromverbrauch bestimmt. Wir schätzen, dass das Bitcoin-Mining im Jahr 2020 zu Gesamtemissionen von 33 Millionen Tonnen Kohlendioxid (MtCO₂) führte. Im Einklang mit dem Stromverbrauch erreichten die Emissionen im März 2021 einen annualisierten Spitzenwert von 49 MtCO₂, sanken aber im Juli auf 27 MtCO₂.

2.1 Wie sieht es mit der Stromnutzung und den Emissionen von Bitcoin im weltweiten Vergleich aus?

Die absolute Stromnutzung und die Kohlendioxidemissionen von Bitcoin sind im globalen Maßstab nicht signifikant. Sie machen 0,04 Prozent der globalen Primär-Energie-Nutzung, 0,2 Prozent der globalen Stromerzeugung und 0,1 Prozent der globalen Kohlendioxidemissionen aus.

Globale Energienutzung, Kohlenstoffemissionen und Stromerzeugung

Energie kann in zwei große Kategorien eingeteilt werden: nicht-erneuerbare und erneuerbare Energie. Zu den nicht erneuerbaren Energiequellen gehören Kohle, Erdöl und Erdgas - also fossile Brennstoffe - sowie das Rohmaterial, das zur Erzeugung von Kernenergie verwendet wird. Zu den erneuerbaren Energiequellen gehören Wasser, Sonne, Wind und Erdwärme.

Seit der industriellen Revolution ist die jährliche weltweite Primär-Energie-Nutzung dramatisch gestiegen, von etwa 6.000 TWh im Jahr 1800 auf über 170.000 TWh im Jahr 2019. Dieser Anstieg ging mit einem ähnlichen Anstieg der weltweiten Emissionen einher: von rund 30 Millionen Tonnen Kohlendioxid (MtCO₂) pro Jahr im Jahr 1800 auf rund 36.000 Millionen im Jahr 2019 (36 GtCO₂ ). Im Nachhaltigkeitsentwicklungsszenario der Internationalen Energiebehörde (IEA) gehen die globalen Kohlenstoffemissionen rasch zurück und sinken auf 15.000 MtCO₂ im Jahr 2040 (siehe Abbildung 4).

Die Primär-Energie-Nutzung bezieht sich auf alle Verwendungen von nicht umgewandeltem Brennstoff, einschließlich Transport, Heizung und Stromerzeugung. Im Jahr 2019 betrug die weltweite Stromerzeugung rund 27.000 TWh. Sie wurde unter anderem für Beleuchtung, Heizung, Kühlung und Kältetechnik sowie für den Betrieb von Haushaltsgeräten, Computern, Maschinen und Verkehrssystemen verwendet. Im IEA-Szenario für nachhaltige Entwicklung steigt die weltweite Stromerzeugung bis 2040 auf rund 39.000 TWh.⁴⁶

Die Stromnutzung und die Kohlendioxidemissionen von Bitcoin sind im globalen Maßstab nicht signifikant. Sein geschätzter Stromverbrauch von 62 TWh im Jahr 2020 entspricht nur 0,04 Prozent der globalen Primär-Energie-Nutzung von 170.000 TWh und 0,2 Prozent der globalen Stromerzeugung von 27.000 TWh (siehe Abschnitt 2.3). Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin betrugen 33 MtCO₂ im Jahr 2020 oder 0,1 Prozent der globalen Gesamtemissionen von 36.000 MtCO₂ (siehe Abschnitt 2.4).

In der Zukunft, unter einer großen Bandbreite von Bitcoin-Preisszenarien, werden die Stromnutzung und die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin ein kleiner Teil der globalen Gesamtwerte bleiben. Selbst in unserem höchsten Preisszenario, in dem die Stromnutzung und die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin einen Höchststand von 706 TWh und 234 MtCO₂ erreichen, macht dies nur 0,4 Prozent der globalen Primär-Energie-Nutzung, 2,0 Prozent der Stromerzeugung und 0,9 Prozent der Kohlenstoffemissionen aus (siehe Abschnitte 3.1 und 3.2).

Elektrizitätsnetz und erneuerbare Energien

Traditionell wird Strom in großen zentralen Kraftwerken erzeugt, die entweder mit Kohle, Erdgas, Kernreaktoren oder Wasser betrieben werden. Dieser Strom wird zunächst über das Übertragungsnetz mit sehr hohen Spannungen transportiert, bevor er über lokale Verteilernetze mit niedrigeren Spannungen an die Kunden verteilt wird. Die Gesamtheit dieser Netze wird als Netz bezeichnet (siehe Abbildung 5). Bei diesem Prozess wird viel Energie verschwendet. Nur etwa 40 Prozent des Energiegehalts von Kohle werden in Strom umgewandelt; der Rest geht als Abwärme verloren. Erdgas ist effizienter, aber auch hier werden bestenfalls 60 Prozent des Energiegehalts umgewandelt. Außerdem gehen zwischen 4 und 10 Prozent des erzeugten Stroms als Wärme in den Übertragungs- und Verteilungsnetzen verloren.⁴⁷ Insgesamt werden jedes Jahr rund 50.000 TWh Energie aufgrund von Ineffizienzen verschwendet.⁴⁸ Der Stromverbrauch von Bitcoin entspricht nur 0,1 Prozent dieser jährlichen Verschwendung.

Der weltweite Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien - zu denen Wasser-, Sonnen- und Windenergie, Geothermie, Biomasse und Meeresenergie gehören - stieg von 20 Prozent im Jahr 2010 auf 27 Prozent im Jahr 2019. Dieser Anstieg ist auf sinkende Kosten, insbesondere für Solar- und Windenergie, sowie auf die wachsende Nachfrage aufgrund zunehmender Umweltbedenken zurückzuführen (siehe Box 1). Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen anstelle von fossilen Brennstoffen senkt die mit der Stromerzeugung verbundenen Kohlenstoffemissionen erheblich.

Es wird erwartet, dass die erneuerbaren Energien in Zukunft schnell wachsen werden, da ihre Kosten weiter sinken und die Umweltbedenken weiter bestehen. Dieser Trend kann letztlich zur Dekarbonisierung der Stromnetze führen. Im IEA-Szenario 2020 für nachhaltige Entwicklung erreichen die erneuerbaren Energien im Jahr 2030 einen Anteil von 52 Prozent und im Jahr 2040 einen Anteil von 72 Prozent, da Kohle, Gas und Öl allmählich aus dem Verkehr gezogen werden (siehe Abbildung 6). Ein weiteres Wachstum der erneuerbaren Energien wäre erforderlich, um eine Netto-Null/„net-zero“ Welt zu erreichen, in der ein Gleichgewicht zwischen der Menge des emittierten Kohlendioxids und der Menge, die der Atmosphäre entzogen wird, besteht.

Sonnen- und Windenergie erzeugen jedoch nur dann Strom, wenn die Wetterbedingungen stimmen - wenn die Sonne scheint und der Wind weht -, im Gegensatz zu Kraftwerken für fossile Brennstoffe, die Strom auf Abruf produzieren können. Daher werden zeitweise fossile Kraftwerke benötigt, um den Strombedarf zu decken, den die erneuerbaren Energien nicht decken können. Manchmal können die erneuerbaren Energien auch mehr Strom liefern, als benötigt wird. Da überschüssiger Strom nicht ohne Weiteres gespeichert werden kann, muss die Erzeugung gedrosselt werden, indem die Leistung eines Generators absichtlich unter sein volles Potenzial gesenkt wird, um das Angebot mit der Nachfrage im Netz in Einklang zu bringen. In Zukunft könnten diese Probleme durch Batteriespeicherung gelöst werden. Heute sind Batterien jedoch teuer, insbesondere wenn der erzeugte Strom für mehr als ein paar Stunden gespeichert werden muss. Daher werden derzeit neben den erneuerbaren Energien auch fossile Brennstoffe benötigt, um sicherzustellen, dass das Stromangebot die Nachfrage decken kann.

In der Regel wird in einem Netz zu einem bestimmten Zeitpunkt Strom übertragen, der aus einem Mix aus fossilen Brennstoffen, Kernenergie und erneuerbaren Energien erzeugt wird. Die CO₂-Emissionen pro erzeugter Stromeinheit variieren daher je nach dem spezifischen Mix, der sich im Laufe der Zeit ändert. Die Kohlenstoffintensität eines Netzes wird in der Regel in Gramm CO₂ pro erzeugter kWh Strom gemessen. Die Kohlenstoffintensität kann bei Kohle bis zu 1.000 gCO₂/kWh und bei Gas bis zu 400 gCO₂/kWh betragen, während sie bei erneuerbaren Energien und Kernenergie bei 0 gCO₂/kWh liegt (ohne Berücksichtigung der mit der Herstellung und Verteilung dieser Technologien verbundenen Emissionen). In vielen Ländern ist Kohle nach wie vor die wichtigste Stromquelle: China zum Beispiel produzierte 2019 65 Prozent seines Stroms aus Kohle. In anderen Ländern ist Gas die vorherrschende Energiequelle: Russland erzeugte 2019 49 Prozent seines Stroms aus Gas und die USA 38 Prozent. In Europa sind die erneuerbaren Energien mit 37 Prozent im Jahr 2019 die wichtigste Quelle.⁴⁹

Es ist technisch nicht möglich, dass ein Kunde ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien aus einem Netz bezieht, da der gelieferte Strom den Mix der Brennstoffe widerspiegelt, die ihn speisen. Darüber hinaus werden die Strommärkte - auf denen Strom von Nutzern und Erzeugern gekauft und verkauft wird - immer stärker vernetzt, sodass es schwieriger ist, die Stromlieferung auf eine lokale Region zurückzuführen. Infolgedessen spiegelt die Kohlenstoffintensität inzwischen eher den Strommix eines Kontinents oder einer Region wider als den eines bestimmten Landes. So arbeiten die meisten Märkte in Europa heute in Kombination miteinander, und die Länder importieren oder exportieren in der Regel zu jedem Zeitpunkt Strom.

Um die Einführung von erneuerbaren Energien zu fördern, haben viele Strommärkte Zertifizierungsprogramme für erneuerbare Energien eingeführt. Im Rahmen dieser Programme erhalten die Erzeuger von Strom aus erneuerbaren Energien Zertifikate für jede aus einer erneuerbaren Energiequelle erzeugte Megawattstunde (MWh) und weisen damit nach, dass sie eine bestimmte Menge an Strom aus erneuerbaren Energien in das Netz eingespeist haben. Sie können diese Zertifikate dann an Energieverbraucher verkaufen, die damit nachweisen, dass sie tatsächlich aus erneuerbaren Energiequellen erzeugten Strom gekauft haben. Die Zertifikate können entweder zusammen mit der von den erneuerbaren Energiequellen erzeugten physischen Energie oder separat erworben werden. Durch Programme zum Beispiel führt ein hoher Stromverbrauch nicht zwangsläufig zu hohen Kohlenstoffemissionen.

Box 1: Kosten für erneuerbare Energie

Nach Angaben der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) sind die Kosten für erneuerbare Energien aufgrund von "verbesserten Technologien, Größenvorteilen, zunehmend wettbewerbsfähigen Lieferketten und wachsender Erfahrung der Entwickler" drastisch gesunken. Am deutlichsten war der Rückgang bei der Stromerzeugung aus Sonnen- und Windenergie. Zwischen 2010 und 2019 sind die global gewichteten durchschnittlichen Stromgestehungskosten (levelized cost of electricity - LCOE) - ein Maß für die über die gesamte Lebensdauer anfallenden Kosten der Stromerzeugung - um 82 Prozent für Photovoltaik (PV), 38 Prozent für Onshore-Wind und 29 Prozent für Offshore-Wind gesunken. Die Auktionspreise zeigen, dass diese Kosten in den Jahren 2020 und 2021 weiter sinken werden, wenn auch mit zunehmender technologischer Reife in geringerem Maße.

Infolgedessen sind die Technologien zur Erzeugung erneuerbarer Energien inzwischen zu wettbewerbsfähigen Kosten gegenüber der konventionellen Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen geworden und haben sich in den meisten Ländern zu einer kostengünstigen Option für neue installierte Kapazitäten entwickelt, was ihr Wachstum in den letzten zehn Jahren beschleunigt hat.

2.2 Warum ist Bitcoin-Mining so stromintensiv?
Das Bitcoin-Mining ist von vornherein stromintensiv, um die Sicherheit des Netzwerks zu gewährleisten.

Das Bitcoin-Ökosystem besteht aus mehreren Einheiten, darunter die folgenden: Mining-Knoten, die neue Blöcke erstellen; Nicht-Mining-Knoten, die die gesamte Historie der Blockchain validieren und die Gültigkeit von Transaktionen in Echtzeit überprüfen; und Drittanbieter-Börsen und Verwahrstellen, die Transaktionen durchführen und Bitcoin im Namen von Nutzern aufbewahren, die den Vermögenswert nicht direkt besitzen wollen. Dieser Bericht konzentriert sich ausschließlich auf die Stromnutzung des Bitcoin-Minings, da die Stromnutzung der anderen Teile des Bitcoin-Ökosystems vernachlässigbar ist.

Das Bitcoin-Mining ist stromintensiver geworden, da der Wert von Bitcoin gestiegen ist. Miner konkurrieren um Bitcoin-Belohnungen für die Lösung von Zufallsrätseln, die vom Bitcoin-Protokoll vorgegeben werden. Da der Wert von Bitcoin gestiegen ist, hat sich auch der Wettbewerb verschärft. Miner konkurrieren, indem sie ihre Rechenkapazität erhöhen, was wiederum größere Mengen an Strom erfordert. Die Notwendigkeit, Strom für die Lösung der mathematischen Probleme zu nutzen, ist für den Proof-of-Work-Mechanismus unerlässlich (siehe Anhang 1). Da der Proof-of-Work-Mechanismus auf Rechenarbeit beruht, ist er auch eine Möglichkeit, den Blöcken reale Kosten zuzuordnen. Dies bietet Sicherheit für das Netzwerk, da es für einen potenziellen böswilligen Akteur kostspielig wird - sowohl in Bezug auf Strom als auch auf Mining-Geräte -, die Kontrolle über das Netzwerk zu erlangen und der Blockchain betrügerische Blöcke hinzuzufügen.

2.3 Wie hoch ist die Stromnutzung beim Bitcoin-Mining?

Die Stromnutzung des Bitcoin-Minings wird anhand eines Bottom-up-Ansatzes geschätzt, der auf der Netzwerk-Hashrate und der Effizienz der Mining-Geräte basiert. Wir schätzen, dass das Bitcoin-Mining im Jahr 2020 62 Terawattstunden (TWh) Strom nutzt hat, was 0,04 Prozent der globalen Primär-Energie-Nutzung und 0,2 Prozent der globalen Stromerzeugung entspricht. Dieser Wert stieg im März 2021 auf 92 TWh auf Jahresbasis, bevor er im Juli nach dem harten Durchgreifen gegen das Mining auf 49 TWh fiel.

Methodik

Unsere Berechnung der historischen Stromnutzung von Bitcoin-Minern ist eine Funktion der Netzwerk-Hashrate und der Effizienz der Mining-Geräte. Daraus lässt sich der durchschnittliche Stromverbrauch pro Hash ableiten.

Die Netzwerk-Hashrate ist öffentlich zugänglich und wird in Tera-Hashes pro Sekunde (TH/s) oder 10^12 Berechnungen pro Sekunde gemessen (siehe Abbildung 9). Sie ist seit 2018 mit der Entwicklung schnellerer Maschinen und der zunehmenden Attraktivität des Minings mit dem steigenden Bitcoin-Preis rapide angestiegen. Das jüngste harte Durchgreifen gegen das Mining in China hat den jüngsten rapiden Rückgang der Hashrate verursacht (siehe Box 3).

Der durchschnittliche Strombedarf pro Hash wird durch die durchschnittliche Energieeffizienz der Mining-Maschinen im Netzwerk bestimmt, gewichtet nach ihrem Anteil an der Hash-Rate. Sie wird in Joule pro Tera-Hash (J/TH) gemessen. Wir sind davon ausgegangen, dass die 93 Geräteklassen, auf die in einer Studie des Cambridge Centre for Alternative Finance Bezug genommen wird, repräsentativ für den Markt für Mining-Geräte im Zeitraum 2015 bis 2021 sind.⁵⁰ Da die Energieeffizienz der einzelnen Maschinenklassen bekannt ist, ist die einzige unbekannte Variable die Verteilung der Netzwerk-Hashrate über diese Maschinenklassen im Laufe der Zeit. Diese wird benötigt, um einen gewichteten Durchschnitt der Energieeffizienz aller Mining-Maschinen für einen bestimmten Zeitraum zu ermitteln.

Um die zeitliche Verteilung der Netzwerk-Hashrate nach Rechnerklasse zu bestimmen, haben wir eine typische Lebensdauer für jede Rechnerklasse modelliert. Diese basierte auf Faktoren wie dem Veröffentlichungsdatum, dem berechneten Ausmusterungsdatum, der Effizienz und der Hash-Rate. Der Parameter für die Lebensdauer jeder Geräteklasse wurde weiter verfeinert, indem davon ausgegangen wurde, dass Geräte einer bestimmten Klasse niemals an Tagen eingesetzt werden, an denen die Stromkosten pro Hash höher sind als die durchschnittlichen Einnahmen pro Hash - also wenn das Gerät unrentabel ist.

Zur weiteren Kalibrierung des Lebenszeitparameters wurden auch externe Referenzpunkte herangezogen, zum Beispiel Verkaufszahlen von gelisteten Geräte-Herstellern und Datensignaturen in geminten Blöcken.⁵¹ Für jeden beliebigen Tag konnten wir dann den Fortschritt jeder Maschinenklasse entlang ihrer Lebensdauer vergleichen und so eine Verteilung der Hashrate erstellen. Daraus ergab sich eine gewichtete durchschnittliche Energieeffizienz der Mining-Maschinen im Netzwerk. In Kombination mit der bekannten Hashrate konnten wir so die Stromnutzung der Bitcoin-Mining-Maschinen an einem bestimmten Tag schätzen.

Bitcoin-Mining-Betriebe nutzen, ähnlich wie Rechenzentren, im Allgemeinen mehr Strom als für den Betrieb ihrer Maschinen erforderlich ist, vor allem wegen des Bedarfs an Kühlung und anderer IT-Ausrüstung. Die von uns befragten Mining-Unternehmen gaben an, dass der Stromverbrauch, der nicht mit dem Betrieb der Mining-Maschinen verbunden ist, etwa 7,5 Prozent der für den Betrieb der Maschinen selbst erforderlichen Energie beträgt. Daraus ergibt sich eine Stromverbrauchseffektivität (PUE) von 1,075, d. h. das Verhältnis zwischen dem insgesamt gelieferten Strom und dem für den Betrieb der Mining-Maschinen erforderlichen Strom. Nachdem wir unsere Stromnutzungsschätzungen mit dem PUE-Wert von 1,075 multipliziert hatten, berechneten wir den täglichen Stromverbrauch für das globale Bitcoin-Mining an einem bestimmten Tag.

Ergebnisse

Die gewichtete durchschnittliche Energieeffizienz der Mining-Geräte im Netzwerk hat sich von 2016 bis 2020 im Einklang mit der Entwicklung und Freigabe effizienterer Maschinen erheblich verbessert (siehe Box 2). Trotz des allgemeinen Trends steigender Bitcoin-Preise von 2016 bis Anfang 2021 führte der rasche Anstieg der Hashrate - in Verbindung mit der fortgesetzten Halbierung der Blocksubvention - in diesem Zeitraum zu einem Rückgang der Einnahmen der Miner pro Tera-Hash. Infolgedessen wurde die Rentabilität älterer, weniger effizienter Maschinen aufgezehrt, und sie wurden durch neuere, effizientere Maschinen ersetzt. Dadurch stieg die durchschnittliche Energieeffizienz der Mining-Geräte von 2016 bis 2020 erheblich an (siehe Abbildung 10).

Die von uns befragten Mining-Unternehmen gaben an, dass eine typische Geräteklasse im Jahr 2021 eine Lebensdauer von etwa drei oder vier Jahren hat und dann durch leistungsfähigere und effizientere Modelle ersetzt wird. Der Anstieg des Bitcoin-Preises und die daraus resultierende Nachfrage nach Geräten in den letzten zehn Jahren haben die Hardware-Hersteller dazu veranlasst, in die Produktion effizienterer Mikrochips für diese Geräte zu investieren. In der Vergangenheit hat sich die Chipeffizienz gemäß dem Mooreschen-Gesetz etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Diese Entwicklung hat sich jedoch in den letzten Jahren verlangsamt und wird sich voraussichtlich auf eine Verdopplung alle drei bis vier Jahre verlangsamen, was die Lebensdauer der einzelnen Geräteklassen verlängern dürfte.

Dennoch könnten einige ältere Geräte wieder in Betrieb genommen werden, wenn der Anstieg des Bitcoin-Preises sie profitabel macht. Unser Modell, zusammen mit Datensignaturen von geschürften Blöcken, hat dies im Fall des Antminer S9 bestätigt - einer der beliebtesten Mining-Maschinen im Jahr 2018. Ihr Anteil an der Hashrate begann im Jahr 2020 zu sinken, als sie sich dem Ende ihrer Lebensdauer näherte, stieg dann aber Anfang 2021 sprunghaft an, als der Bitcoin-Preis stieg.

Die Stromnutzung beim Bitcoin-Mining blieb bis Ende 2017 relativ niedrig, als der erste Preissprung von Bitcoin eine größere Gemeinschaft von Minern anlockte. Danach konkurrierten mehr Miner um die Lösung der mathematischen Probleme, und die Hashrate und die Stromnutzung stiegen rasch an und erreichten im Jahr 2020 62 Terawattstunden (TWh). Das entsprach 0,04 Prozent der weltweiten Primär-Energie-Nutzung und 0,2 Prozent der weltweiten Stromerzeugung.

Box 2: Entwicklung des Bitcoin-Mining

Das Bitcoin-Mining hat sich in den letzten zehn Jahren von einer kleinen Aktivität, die auf Personal Computern möglich war, zu groß angelegten "Mining-Farmen" entwickelt. Ähnlich wie ein Rechenzentrum besteht eine Mining-Farm aus Racks spezialisierter, energieeffizienter Computeranlagen, die Hashes durchführen, um die komplexen mathematischen Probleme zu lösen.

In den letzten zehn Jahren haben diese Maschinen eine rasante technologische Entwicklung durchlaufen. Ursprünglich war es für eine durchschnittliche Zentraleinheit (CPU) oder Grafikkarte (GPU) möglich, Bitcoin zu minen, da die Rechenleistung im Netzwerk gering war: Es gab weniger Mining-Geräte als heute, die Ausrüstung war relativ unausgereift, und die mathematischen Probleme waren entsprechend weniger komplex. Im Jahr 2013 begannen große Miner, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) zu verwenden, die für das Bitcoin-Mining entwickelt wurden. Mit diesen Chips kann Bitcoin schneller und mit weitaus weniger Strom als mit einer herkömmlichen PC-CPU gemined werden. Seit ihrer Einführung hat sich die Leistung der ASIC-Chips weiter rasant verbessert und sowohl ihre Kapazität als auch ihre Energieeffizienz erhöht.

Um ihre Einnahmen zu maximieren, versuchen Miner, ihre Maschinen rund um die Uhr laufen zu lassen. Dies erfordert in der Regel einen Anschluss an das Stromnetz, da dieses eine konstante Stromversorgung gewährleistet, während unabhängige erneuerbare Quellen nur intermittierend Strom erzeugen. Um ihre Betriebsgewinne zu maximieren, versuchen Miner, ihre Maschinen so effizient wie möglich zu betreiben, da dies ihre Energiekosten pro Hash reduziert.

Box 3: Chinesisches Vorgehen gegen das Mining

Das Cambridge Centre for Alternative Finance hat geschätzt, dass im Jahr 2020 65 Prozent des Bitcoin-Minings in China stattfand. Im April 2021 meldete es einen wesentlich geringeren Anteil von 45 Prozent, da die USA der dominierende Käufer der leistungsstärksten Mining-Hardware wurde. Im Mai und Juni 2021 kündigten jedoch verschiedene chinesische staatlich unterstützte Organe auf Provinz- und nationaler Ebene eine Reihe von Maßnahmen zur Einschränkung von Bitcoin-Aktivitäten an.

Auf nationaler Ebene warnten drei chinesische Industriegruppen, die den Finanzsektor beaufsichtigen, ihre Mitglieder im ganzen Land, sich von allen Finanzierungs-, Austausch- oder Handelsaktivitäten im Zusammenhang mit Kryptowährungen fernzuhalten.

Auf der Ebene der Provinzen haben zahlreiche chinesische Bundesstaaten ebenfalls Beschränkungen für Kryptowährungsaktivitäten angekündigt. Einige dieser Ankündigungen dienten der Warnung: Peking kündigte an, gegen das Bitcoin-Mining und die Handelsaktivitäten vorzugehen, und die Innere Mongolei gab einen "Richtlinienentwurf" heraus, in dem erläutert wird, wie die lokalen Behörden gegen das Bitcoin-Mining vorgehen können. Andere Staaten sind bei der Überwachung von Krypto-Aktivitäten strenger vorgegangen: Sichuan ordnete die Suspendierung der 26 größten Mining-Farmen an und forderte sie auf, das Land bis September 2021 zu verlassen, und Qinghai verbot lokalen Beamten, Krypto-Mining-Projekte zu gründen oder zu genehmigen.

Während eine Begründung für das chinesische Vorgehen nicht öffentlich bekannt gegeben wurde, sehen Regierungen auf der ganzen Welt Bitcoin zunehmend als Bedrohung für die staatliche Währungssouveränität an. Zum Beispiel haben Nigeria und Katar ebenfalls Schritte unternommen, um den Bitcoin-Handel und Bitcoin-Transaktionen zu beschränken. In Zukunft wird ein Bitcoin-freundliches politisches Umfeld für einen stabilen Mining-Betrieb entscheidend sein.

2.4 Welche Kohlenstoffemissionen sind durch die historische Stromnutzung entstanden?

Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin werden in erster Linie durch die Kohlenstoffintensität des Strommixes der Miner und deren Stromverbrauch bestimmt. Wir schätzen, dass das Bitcoin-Mining im Jahr 2020 zu Gesamtemissionen von 33 Millionen Tonnen Kohlendioxid (MtCO₂) geführt hat, was 0,1 Prozent der weltweiten Gesamtemissionen entspricht. Im Einklang mit dem Stromverbrauch erreichten die jährlichen Kohlendioxidemissionen im März 2021 einen Höchststand von 49 MtCO₂, sanken aber im Juli auf 27 MtCO₂.

Methodologie

Die Schätzung der Kohlenstoffemissionen aus dem Bitcoin-Mining erfordert die Kenntnis des Standorts und der Kohlenstoffintensität des lokalen Strommarkts. Im Jahr 2020 und Anfang 2021 fand der größte Teil des Bitcoin-Minings in China statt; das harte Durchgreifen der Regierung im Mai und Juni 2021 führte dann zu einem erheblichen Rückgang des chinesischen Anteils an der Hash-Rate (siehe Box 3). Die neueren, wirtschaftlich rentableren Mining-Maschinen in China werden wahrscheinlich an neue Standorte exportiert, während die älteren, weniger rentablen Maschinen wahrscheinlich ausgemustert werden. Dieser Abschnitt bewertet die historischen Emissionen von Bitcoin, sowohl vor als auch unmittelbar nach dem chinesischen Durchgreifen. Später wird in Abschnitt 3.2 erörtert, wo Bitcoin-Miner in Zukunft voraussichtlich angesiedelt sein werden.

In den meisten Fällen sind wir davon ausgegangen, dass Bitcoin-Miner ihre Mining-Rigs mit Strom aus dem örtlichen Stromnetz betreiben. Obwohl einige Mining-Unternehmen angekündigt haben, in Zukunft direkte Partnerschaften mit Kraftwerken einzugehen, haben wir nur wenige Belege dafür gefunden, dass Bitcoin-Miner ihren Betrieb vollständig netzunabhängig betreiben - das heißt, sie beziehen ihren gesamten Strom direkt von einem Kraftwerk, das nicht an ein Stromnetz angeschlossen ist. Daher beruht unsere Methodik auf der Annahme, dass alle Bitcoin-Miner Strom aus ihren lokalen Netzen beziehen und dass die Kohlenstoffintensität ihres Stroms den Mix dieser Netze widerspiegelt. Unsere Methodik berücksichtigt nicht die spezifischen Minderungsmaßnahmen der Miner, wie zum Beispiel Kohlenstoffkompensationen und den direkten Bezug von Strom aus erneuerbaren Energien (siehe Abschnitt 3.3.) Daher kann unsere Kohlenstoffbewertung als Basisschätzung für die Branche vor Maßnahmen interpretiert werden.

Unser primärer Datensatz, der vom Cambridge Centre for Alternative Finance stammt, segmentiert die Hashrate auf nationaler Ebene⁵², außer in China, wo die Daten auf Provinzebene erhoben werden. So konnten wir die jährliche Wanderung von Minern in Gebiete mit reichem Wasserkraftangebot während der Regenzeit erfassen, was vor dem harten Durchgreifen der Regierung üblich war (siehe Box 4).

Diesen Daten zufolge werden bis Ende 2020 bis zu 65 Prozent des Bitcoin-Minings in China stattfinden - eine Zahl, die durch die Nachwirkungen des staatlichen Durchgreifens bestätigt wird (siehe Box 3). Innerhalb Chinas fand das meiste Mining in Xinjiang und Sichuan statt. Die anderen Spitzenreiter beim Bitcoin-Mining waren Russland (6,9 %), die Vereinigten Staaten (6,7 %), Malaysia (4,8 %), Kasachstan (4,6 %) und der Iran (3,3 %) (siehe Abbildungen 12 und 13).

Um die geografische Verteilung der Hash-Rate im Juli 2021, unmittelbar nach dem chinesischen Durchgreifen, zu schätzen, haben wir China ausgeklammert und die gleiche Verteilung auf andere Länder verwendet, wie sie vom Cambridge Centre for Alternative Finance für den Monat April 2021 veröffentlicht wurde. Im April 2021 gab es bereits einen deutlichen Rückgang der Hash-Rate in China und einen proportionalen Anstieg in den USA, die in der ersten Hälfte des Jahres 2021 die Käufe von Mining-Hardware dominierten. Daraus ergab sich die folgende Verteilung der Hash-Rate für die wichtigsten Standorte: Vereinigte Staaten - 31 %; Russland - 13 %; Kasachstan - 15 %; Malaysia - 6 %; und Iran - 9 %.

Box 4: Saisonale Migration von Minern in China vor dem harten Durchgreifen der Regierung

Miner berücksichtigen bei der Standortwahl mehrere Faktoren, darunter den Strompreis, das regulatorische Umfeld, die Verfügbarkeit von Infrastruktur, den Zugang zu Mining-Maschinen und die Kapitalkosten. Vor dem harten Durchgreifen der Regierung im Mai und Juni 2021 war China aufgrund des günstigen Wasser- und Kohlestroms, des günstigen regulatorischen Umfelds, des günstigen und einfachen Zugangs zu Mining-Maschinen (von denen viele in China hergestellt werden) und der niedrigen Gemeinkosten ein beliebter Mining-Standort.

China verfügt über günstige Energie aus Wasserkraft, weil in den südlichen Provinzen Sichuan und Yunnan zu viele Staudämme gebaut wurden. In der Regenzeit wird dort mehr Strom erzeugt, als genutzt werden kann, da die lokale Nachfrage und das Potenzial für den Export von Strom über Übertragungsleitungen begrenzt sind. Infolgedessen gibt es eine beträchtliche Menge an günstigem, überschüssigem Wasserkraftstrom. Bitcoin-Miner haben sich dies zunutze gemacht und sind während der Regenzeit in diese Provinzen umgezogen.

Die Wirtschaftlichkeit des Bitcoin-Minings erfordert jedoch einen ganzjährigen Betrieb. In der Trockenzeit zogen die Bitcoin-Miner in andere Provinzen mit relativ günstigem Strom. Diese waren in der Regel reich an Kohle, zum Beispiel Xinjiang. Diese saisonale Bewegung wird durch Daten des Cambridge Centre for Alternative Finance aus dem Jahr 2020 belegt, das schätzt, dass Sichuan im September während Chinas Regenzeit bis zu 41 Prozent der weltweiten Hashrate beherbergte, im Dezember während der Trockenzeit jedoch nur 7 Prozent.

Es gibt keinen alternativen Markt für die von den Minern genutzte Wasserkraft. Wenn er nicht genutzt wird, haben die Stromerzeuger keine andere Möglichkeit, als das Wasser flussabwärts abzugeben. Somit ist die Kohlenstoffintensität des Minings in diesen Provinzen praktisch gleich null. Dennoch hat die saisonale Abwanderung in Provinzen mit Kohleverstromung in der Vergangenheit die Vorteile der kohlenstofffreien Wasserkraft zunichtegemacht. Die durchschnittliche Kohlenstoffintensität des Bitcoin-Bergbaus in China wird nach Berücksichtigung der saisonalen Migration auf 508 gCO₂/kWh geschätzt. Das sind nur 12 Prozent weniger als Chinas durchschnittliche Netzintensität über alle Provinzen, die 581 gCO₂/kWh beträgt.

Ergebnisse

Wir schätzen, dass die Stromnutzung von Bitcoin im Jahr 2020 in Höhe von 62 TWh zu Gesamtemissionen von 33 Millionen Tonnen Kohlendioxid (MtCO₂) geführt hat, was 0,1 Prozent der globalen Gesamtemissionen entspricht. Über die gesamte Lebensdauer von Bitcoin - das heißt von 2009 bis 2020 - schätzen wir, dass das Mining Gesamtemissionen von 96 MtCO₂ verursacht hat. Die Bitcoin-Emissionen waren von 2009 bis 2014 ausgesprochen niedrig, was vor allem auf das Niedrigpreisumfeld und die entsprechend niedrige Hashrate zurückzuführen ist, die weniger Berechnungen und weniger Energie erfordert, um einen Block zur Blockchain hinzuzufügen. Wie bei der Stromnutzung waren auch die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin im Jahr 2021 sehr volatil. Sie erreichten im März 2021 einen annualisierten Höchststand von 49 MtCO₂, fielen aber im Juli nach dem chinesischen Vorgehen gegen das Mining auf 27 MtCO₂. Dieser Rückgang ist in erster Linie auf die geringere globale Hash-Rate zurückzuführen. Wenn die Hashrate für den Rest des Jahres 2021 auf diesem reduzierten Niveau bleibt, dann werden die Kohlenstoffemissionen aus dem Bitcoin-Mining im Jahr 2021 niedriger sein als im Jahr 2020 (siehe Abbildung 14).

Bei der Modellierung der Stromnutzung und der Kohlenstoffemissionen von Bitcoin im Jahr 2020 sind wir von mehreren Grundannahmen ausgegangen. Diese sind in Tabelle 2 aufgelistet, zusammen mit einer Unter- und Obergrenze für jede Annahme und deren Auswirkung auf unsere Ergebnisse. Unser Modell reagiert am empfindlichsten auf die durchschnittliche Energieeffizienz der Mining-Maschinen, die wir aus der Verteilung der Hashrate auf die Maschinen abgeleitet haben. Dies hat jedoch höchstens eine Auswirkung zwischen -23 % und +10 % auf unsere Schätzung der Kohlenstoffemissionen für 2020.

2.5 Wie schneidet Bitcoin im Vergleich zu anderen Innovationen und Rohstoffen ab?

Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin sind gering, sowohl im Vergleich zu anderen energieintensiven Innovationen wie dem Luft- und Seeverkehr, Klimaanlagen als auch zu wichtigen Bergbauprodukten.

Die absolute Stromnutzung und die Kohlendioxidemissionen von Bitcoin sind weitaus geringer als die anderer Innovationen, die zwar energieintensiv sind, aber angesichts ihres gesellschaftlichen Nutzens allgemein als sinnvolle Verwendung dieser Energie angesehen werden. Die Energienutzung des Schiffs- und Flugverkehrs ist erheblich und übertrifft die Stromnutzung des Bitcoin-Minings um den Faktor 49 bzw. 65 (siehe Abbildung 15).

Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin im Jahr 2020 waren mit 33 MtCO₂ auch deutlich geringer als die der Gewinnung und Produktion von Zink, Kupfer, Aluminium und Stahl. Die Emissionen der Goldproduktion wurden auf rund 101 MtCO₂e⁵³ geschätzt, mehr als das Dreifache der Emissionen von Bitcoin (siehe Abbildung 16).

Abschnitt 3: Die künftigen Kohlenstoffemissionen von Bitcoin

In diesem Abschnitt werden die Aussichten für die Stromnutzung und die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin untersucht und in den Kontext der weltweiten Nutzung und der Emissionen gestellt. Wir behandeln die folgenden Fragen:

Wie wird sich die Stromnutzung von Bitcoin unter verschiedenen Szenarien entwickeln?
Wie werden sich die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin unter diesen Szenarien entwickeln?
Welche Hebel zur Dekarbonisierung könnten die Emissionen reduzieren?

Zusammenfassung

Die Stromnutzung von Bitcoin wird in erster Linie durch den gesamten Einnahmepool, der den Minern zur Verfügung steht, und ihre Stromkosten bestimmt. Unter einer Vielzahl von Preisszenarien steigt die Stromnutzung von Bitcoin und erreicht innerhalb des nächsten Jahrzehnts seinen Höhepunkt, um dann mit jeder Halbierung der Blocksubvention zu sinken.
Die Stromnutzung von Bitcoin wird in den nächsten zehn Jahren erheblich ansteigen, wenn der Preis von Bitcoin weiter steigt. Doch selbst in unserem Hochpreis-Szenario, in dem die Bitcoin-Stromnutzung das 11-fache des Niveaus von 2020 erreicht, wird er nur 0,4 Prozent der globalen Primär-Energie-Nutzung und 2 Prozent der globalen Stromerzeugung ausmachen.
Die zukünftigen Kohlenstoffemissionen von Bitcoin wurden anhand von Werten für die zukünftige Kohlenstoffintensität der Netze und einer geografischen Basisverteilung der Hash-Rate geschätzt. In allen Preisszenarien steigen die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin an und erreichen ihren Höhepunkt innerhalb des nächsten Jahrzehnts, bevor sie aufgrund der Dekarbonisierung der Netze deutlich zurückgehen. Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin werden immer nur einen kleinen Teil der globalen Emissionen ausmachen. Selbst auf dem Höhepunkt des Hochpreisszenarios werden die Bitcoin-Emissionen nur 0,9 Prozent der globalen Kohlenstoffemissionen ausmachen.
Bitcoin-Miner können ihre Emissionen kurz- und mittelfristig reduzieren, indem sie Kohlenstoffkompensationen kaufen, erneuerbare Energie beziehen, Standorte mit erneuerbarer Energie bevorzugen und verschwendete Energie nutzen. Einige Unternehmen nutzen diese Möglichkeiten bereits. Langfristig können Bitcoin-Miner von der Dekarbonisierung des Netzes und wahrscheinlichen Fortschritten in der Batteriespeichertechnologie und den daraus resultierenden niedrigeren Speicherkosten profitieren.

3.1 Wie wird sich die Stromnutzung von Bitcoin unter verschiedenen Szenarien entwickeln?

Die Stromnutzung von Bitcoin wird in erster Linie durch den gesamten Einnahmepool, der den Minern zur Verfügung steht, und ihre Stromkosten bestimmt. Unter einer Vielzahl von Preisszenarien steigt der Stromverbrauch von Bitcoin und erreicht innerhalb des nächsten Jahrzehnts seinen Höhepunkt, um dann mit jeder Halbierung der Blocksubvention zu sinken. Der Stromverbrauch von Bitcoin wird innerhalb des nächsten Jahrzehnts erheblich ansteigen, wenn der Bitcoin-Preis weiter steigt. Doch selbst in unserem Hochpreis-Szenario, in dem der Bitcoin-Stromverbrauch das 11-fache des Niveaus von 2020 erreicht, wird er nur 0,4 Prozent der globalen Primär-Energie-Nutzung und 2 Prozent der globalen Stromerzeugung ausmachen.

Methodologie

Zwei Hauptvariablen werden die zukünftige Stromnutung von Bitcoin bestimmen: der gesamte Einnahmepool, der den Minern zur Verfügung steht, und die absoluten Kosten für Strom. Ein höherer Einnahmepool wird zu einer größeren Beteiligung am Mining führen, wodurch die Hashrate und die für das Mining eines Blocks benötigte Strommenge steigen. Nach einer Analyse der Kostenstrukturen der Miner schätzen wir, dass die Miner im langfristigen Durchschnitt etwa 50 % des gesamten Einnahmepools für Strom ausgeben (siehe Box 5). Auf der Grundlage von Studien von Digiconomist und dem Cambridge Centre for Alternative Finance gehen wir davon aus, dass die durchschnittlichen Stromkosten der Miner im Jahr 2020 bei 0,05 US-Dollar pro kWh liegen und dass diese Kosten nominal um 1 Prozent pro Jahr steigen. Diese Stromkosten werden dann in den Gesamtstromverbrauch umgerechnet.

Box 5: Bitcoin-Miner-Kostenstruktur

Die Kosten der Bitcoin-Miner sind in erster Linie die Kosten für ihre Geräte und den Strom zu deren Betrieb. Der Anteil der Stromkosten an den Einnahmen schwankt je nach der zunehmenden Effizienz der Maschinen und der Volatilität des Bitcoin-Preises.

Wir schätzen, dass die Stromkosten der Miner im Durchschnitt etwa 50 % ihrer Einnahmen ausmachen. Dies ergibt sich aus langfristigen Durchschnittswerten sowohl auf Netzwerk- als auch auf Geräteklassen-Ebene. Für das Netzwerk haben wir den Anteil der Miner-Einnahmen, der für Strom ausgegeben wird, über verschiedene Zeiträume und unter verschiedenen Kriterien analysiert. Außerdem haben wir den Anteil der Stromkosten an den Einnahmen für bestimmte Geräteklassen, nämlich die Antminer S9 und S19, berechnet und den durchschnittlichen Anteil über die Lebensdauer der jeweiligen Geräteklasse ermittelt.

Anschließend haben wir unsere Ergebnisse durch Befragungen von Minern validiert und sie mit externen Berichten von Digiconomist und dem Cambridge Centre for Alternative Finance verglichen. Zum Vergleich: Digiconomist schätzt die Stromkosten auf 70 Prozent der Gesamteinnahmen der Miner, aber wir glauben, dass dies wahrscheinlich eine Überschätzung ist, da die Ausgaben der Miner für ihre Ausrüstung zu niedrig angesetzt sind. Cambridge schätzt die Stromkosten der Miner auf 43 % der Einnahmen und liegt damit näher an unserer Schätzung.

Im Juli 2021 waren die Stromkosten von Bitcoin-Minern im Vergleich zum langjährigen Durchschnitt von 50 Prozent sehr niedrig: Sie gaben nur etwa 20 Prozent ihrer Einnahmen für Strom aus. Der dreifache Anstieg des Bitcoin-Preises ab 2020 ließ die Mining-Einnahmen schnell steigen, aber die Lieferkette braucht länger, um mit neuen Mining-Geräte und Standorten zu reagieren. Außerdem reduzierte das chinesische Durchgreifen dann die Zahl der Miner und die damit verbundene Hashrate. Dieser verringerte Wettbewerb hat - über das Schwierigkeitsprotokoll - zu einer geringeren Anzahl von Tera-Hashes geführt, die für die Erstellung eines neuen Blocks erforderlich sind, und zu einem starken Rückgang des Strombedarfs.

Es wird einige Zeit dauern, bis der Markt zu einem neuen Hash-Gleichgewicht zurückkehrt und die Miner ihre Stromnutzung so weit steigern können, dass die Kosten dafür 50 % ihrer Einnahmen ausmachen. Derzeit herrscht weltweit ein Mangel an Chips, und es kann zu erheblichen Vorlaufzeiten für die Einrichtung neuer Mining-Standorte kommen, da beispielsweise Genehmigungen für Netzanschlüsse und der Kauf von Transformatoren erforderlich sind.

Diese logistischen Faktoren werden die Erholung der Hash-Rate verlangsamen und daher die Gewinne der bestehenden nicht-chinesischen Miner in der Zwischenzeit steigern. Diese Verlangsamung könnte sich bis zur nächsten Halbierung Anfang 2024 fortsetzen, wenn die Verringerung der Blocksubvention automatisch die Rentabilität des Bergbaus und damit die Hash-Rate senken wird. Der Einfachheit halber haben wir eine lineare Rückkehr zum langfristigen Durchschnitt von 50 Prozent der Einnahmen für Strom bis 2024 modelliert, wenn der Markt die Störung durch den chinesischen Exodus und den dreifachen Preisanstieg seit 2020 verarbeitet hat.

Der gesamte Einnahmepool, der den Minern zur Verfügung steht, setzt sich aus zwei Strömen zusammen: der Blocksubvention, die aus neu ausgegebenen Bitcoins besteht, und den Transaktionsgebühren, die Parteien, die Bitcoin-Transaktionen durchführen, als Anreiz für die Miner zahlen, ihre Transaktion in den nächsten Block aufzunehmen. Von diesen beiden Parametern ist die Blocksubvention am stabilsten und am einfachsten vorherzusagen. Die Belohnung wird alle vier Jahre halbiert, und zwar so lange, bis alle 21 Millionen Bitcoins geschürft wurden, was schätzungsweise im Jahr 2140 der Fall sein wird (siehe Anhang 1 und Abbildung 17).

In der Vergangenheit war der Anteil der Transaktionsgebühren an den Einnahmen der Miner wesentlich geringer als die Blocksubvention - im Durchschnitt etwa 5 % oder rund 60 Bitcoins pro Tag. Im ersten Quartal 2021 stiegen die durchschnittlichen Transaktionsgebühren jedoch auf etwa 150 Bitcoins pro Tag, und die Transaktionsgebühren haben zuvor 800 Bitcoins pro Tag überschritten (siehe Abbildung 18). Es ist ungewiss, wie sich die Transaktionsgebühren entwickeln werden, da sie vom Volumen der Transaktionen und der Zahlungsbereitschaft der Nutzer abhängen. Für diese Analyse haben wir den Stromverbrauch auf der Grundlage einer Annahme von 150 Bitcoins pro Tag prognostiziert.

Da die Transaktionsgebühren und Blockzuschüsse selbst in Bitcoin angegeben werden, ist ihr Wert für die Miner untrennbar mit dem Bitcoin-Preis verbunden. Dies ist der volatilste Faktor für den Wert des Einnahmenpools und damit für den Stromverbrauch von Bitcoin.

Der Preis von Bitcoin hängt ausschließlich von der gesellschaftlichen Nachfrage ab, da das Angebot durch das Protokoll festgelegt ist. Es ist nicht Aufgabe dieses Berichts, den zukünftigen Preis von Bitcoin vorherzusagen, daher haben wir stattdessen die Stromnutzung bis 2040 unter vier Preisszenarien projiziert (siehe Abbildung 19). Die Bandbreite dieser Szenarien ist groß, da Bitcoin noch nicht ausgereift ist und der Preis bisher stark schwankt.

Hoher Preis: Es wird angenommen, dass Bitcoin den historischen Durchschnittswert von Gold als globaler Vermögensspeicher erreichen wird. Der Marktwert von Bitcoin würde im Jahr 2030 auf einen Nominalwert von 10 Billionen Dollar steigen, was einen Preis von etwa 490.000 Dollar pro Bitcoin bedeutet. Zwischen 2030 und 2040 würde der Bitcoin-Preis mit einer langsameren Rate von 2 Prozent pro Jahr weiter wachsen und 2040 auf 595.000 Dollar ansteigen (siehe Box 6).
Mittlerer Preis: Es wird davon ausgegangen, dass Bitcoin die Hälfte des historischen Durchschnittswerts von Gold als globaler Vermögensspeicher erreichen wird. Der Marktwert von Bitcoin würde im Jahr 2030 einen Nominalwert von 5 Billionen Dollar erreichen, was einen Preis von etwa 245.000 Dollar pro Bitcoin bedeutet. Zwischen 2030 und 2040 würde der Bitcoin-Preis mit einer langsameren Rate von 2 Prozent pro Jahr weiter steigen und im Jahr 2040 300.000 Dollar erreichen (siehe Box 6).
Basispreis: Es wird davon ausgegangen, dass der Preis mit einer Rate von 2 Prozent pro Jahr steigt, ausgehend von einem Durchschnittswert von etwa 50.000 Dollar im Februar 2021, bis auf etwa 60.000 Dollar im Jahr 2030 und 75.000 Dollar im Jahr 2040.
Niedriger Preis: Es wird davon ausgegangen, dass der Bitcoin-Preis im Jahr 2030 auf 10.000 $ fallen würde, was dem Durchschnitt von 2020 entspricht. Zwischen 2030 und 2040 würde der Bitcoin-Preis mit einer Rate von 2 Prozent pro Jahr wachsen und im Jahr 2040 auf 12.000 $ ansteigen.

Nach 2030 gehen wir in allen Preisszenarien davon aus, dass Bitcoin ausgereift sein wird und sich sein Preis stabilisiert, das heißt das Wachstum wird langsamer und die Volatilität wird abnehmen.

Box 6: Vergleich von Bitcoin mit Gold - Wie wertvoll könnte Bitcoin werden?

Geld hat im Laufe der Geschichte verschiedene Formen angenommen – von Muscheln über Gold bis hin zu Fiat-Währungen – und dient in erster Linie drei Funktionen: als Wertaufbewahrungsmittel, als Tauschmittel und als Rechnungseinheit.

Ein Wertaufbewahrungsmittel bezieht sich auf die Fähigkeit des Geldes, seinen Wert im Laufe der Zeit zu erhalten. Damit Geld als starkes Wertaufbewahrungsmittel fungieren kann, sollte es ein begrenztes Angebot und einen Mechanismus geben, der die Produktion neuer Einheiten einschränkt, um sicherzustellen, dass der Wert der bestehenden Einheiten erhalten bleibt. Das Angebot von Bitcoin und die Produktion neuer Einheiten ist in seinem Protokoll vorprogrammiert. Der Vorrat steigt bis zu einer vorher festgelegten Grenze von 21 Millionen Bitcoins, und Bitcoins werden dem Vorrat mit einer festen Rate von einem Block alle 10 Minuten hinzugefügt - wobei sich die Anzahl der in jedem Block freigegebenen Bitcoins etwa alle vier Jahre halbiert (siehe Anhang 1).

Da einer der Hauptanwendungsfälle von Bitcoin die Verwendung als Wertaufbewahrungsmittel ist und Gold ein starkes Wertaufbewahrungsmittel ist, haben wir unsere mittleren und hohen Preisszenarien um Schätzungen für den zukünftigen Wert von Gold verankert. Seit 1910 hat der Wert des weltweiten Goldes im Durchschnitt etwa 8 Prozent des jährlichen globalen BIP betragen. Das globale BIP dürfte bis 2030 nominal 135 Billionen Dollar erreichen, was einen nominalen Wert von Gold von etwa 10 Billionen Dollar impliziert. Unser Hochpreisszenario für Bitcoin geht davon aus, dass der Wert von Bitcoin als globaler Vermögensspeicher dem Wert von Gold entspricht und im Jahr 2030 einen Gesamtmarktwert von 10 Billionen Dollar erreicht. Das mittlere Preisszenario geht davon aus, dass Bitcoin als globaler Vermögensspeicher die Hälfte des Wertes von Gold erreichen würde, was einem Gesamtwert von 5 Billionen Dollar im Jahr 2030 entspräche. Obwohl wir den Wert von Gold zur Definition unserer Szenarien verwendet haben, gibt es keinen Grund, warum Bitcoin in der Zukunft nicht wertvoller als Gold werden kann.

Ergebnisse

Die Abbildung 20 zeigt Projektionen für die Stromnutzung von Bitcoin für jedes Preisszenario. Unter allen Preisszenarien steigt die Bitcoin-Stromnutzung und erreicht innerhalb des nächsten Jahrzehnts seinen Höhepunkt, um dann mit jeder Halbierung der Blocksubvention zu sinken. Die Halbierung der Blocksubvention führt alle vier Jahre zu erheblichen Einbrüchen in unseren Projektionen, da sie den für Bitcoin-Miner verfügbaren Einnahmepool verringert, ein Rückgang, der weder durch Transaktionsgebühren noch durch den Bitcoin-Preisanstieg vollständig ausgeglichen wird.

Im Niedrigpreis-Szenario steigt die Stromnutzung bis zu einem Höchststand im Jahr 2024 an, da die Miner nach dem Exodus aus China ihre Betriebe verlagern und wieder aufnehmen. Nach diesem Höchststand geht die Stromnutzung rasch zurück und fällt bis 2026 unter das Niveau von 2020. Im Basisszenario, im mittleren und im Hochpreisszenario steigt die Stromnutzung bis zu einem Höchststand im Jahr 2027 an, um dann rasch zu sinken. Die Stromnutzung von Bitcoin wird in den nächsten zehn Jahren deutlich zunehmen, wenn der Preis weiter steigt: Ein Preisanstieg würde mehr Miner dazu ermutigen, um die Lösung der mathematischen Probleme zu konkurrieren, was zu einem Anstieg der Hashrate und damit der Stromnutzung führen würde. Dies zeigt sich in den Szenarien mit mittlerem und hohem Preis, in denen die Stromnutzung das Sechs- bzw. Elffache des Niveaus von 2020 erreicht.

Obwohl die Stromnutzung von Bitcoin in den nächsten zehn Jahren in allen Preisszenarien ansteigen dürfte, wird sein Anteil an der weltweiten Primär-Energie-Nutzung und an der Stromerzeugung gering bleiben (siehe Abbildung 21). Selbst im Hochpreisszenario, in dem die Bitcoin-Stromnutzung einen Spitzenwert von 706 TWh erreicht, wird er nur 0,4 Prozent der weltweiten Primär-Energie-Nutzung und 2 Prozent der Stromerzeugung ausmachen. Bis 2040 wird sein Anteil an der globalen Primär-Energie-Nutzung auf 0,2 Prozent und sein Anteil an der Stromerzeugung auf 0,8 Prozent sinken (siehe Abbildung 21).

3.2 Wie werden sich die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin unter diesen Szenarien entwickeln?

Die zukünftigen Kohlenstoffemissionen von Bitcoin wurden anhand von Werten für die zukünftige Kohlenstoffintensität der Netze und einer geografischen Basisverteilung der Hash-Rate geschätzt. Unter allen Preisszenarien steigen die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin an und erreichen ihren Höhepunkt innerhalb des nächsten Jahrzehnts, bevor sie aufgrund der Dekarbonisierung der Netze deutlich zurückgehen. Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin werden immer nur einen kleinen Teil der globalen Emissionen ausmachen: Selbst auf dem Höhepunkt des Hochpreis-Szenarios werden die Bitcoin-Emissionen nur 0,9 Prozent der globalen Gesamtemissionen ausmachen. Unabhängig davon besteht für Bitcoin-Miner die Möglichkeit, ihre Kohlenstoffemissionen auf einen Pfad zu Netto-Null zu bringen.

Methodologie

Das chinesische Mining-Verbot hat die Bewertung der zukünftigen Kohlenstoffemissionen von Bitcoin weiter erschwert. Kurzfristig hat der Exodus aus China sowohl den Stromverbrauch als auch die annualisierten Kohlenstoffemissionen ungefähr halbiert, die von 49 MtCO₂ im März 2021 auf 27 MtCO₂ im Juli gesunken sind. Mindestens 12 Monate lang und wahrscheinlich noch länger wird nicht klar sein, welche Länder China als künftige Mining-Standorte ersetzen werden. Ein Verständnis der Standorte wird jedoch notwendig sein, um die Kohlenstoffintensität des zukünftigen Bitcoin-Minings zu bewerten.

Es ist zu erwarten, dass Miner sich auf Märkte konzentrieren, in denen der Strompreis niedrig ist, neue Anlagen relativ schnell angeschlossen werden können und in denen das politische Klima Bitcoin unterstützt. Attraktive Länder für das Bitcoin-Mining sind in Abbildung 22 dargestellt, und sie umfassen sowohl Netze mit geringer als auch mit hoher Kohlenstoffintensität. Märkte mit hoher Kohlenstoffintensität sind definiert als solche mit einer durchschnittlichen Kohlenstoffintensität im Netz von über 500 gCO₂/kWh, und Märkte mit niedriger Kohlenstoffintensität sind definiert als solche mit einer durchschnittlichen Kohlenstoffintensität im Netz von unter 500 gCO₂/kWh. Märkte oberhalb dieser Schwelle sind stark von Kohle abhängig, da Erdgas, der nächst kohlenstoffintensivere Brennstoff, eine durchschnittliche Intensität von nur etwa 400 gCO₂/kWh aufweist.

Wir haben diese attraktiven Länder auf der Grundlage der durchschnittlichen Kohlenstoffintensität ihrer Netze in kohlenstoffarme und kohlenstoffreiche Märkte eingeteilt. Anschließend schätzten wir die wahrscheinliche Verteilung der Mining-Hashrate zwischen kohlenstoffarmen und kohlenstoffreichen Märkten anhand von drei Annahmen:

Historische Verteilung: Wir haben angenommen, dass die historische Hash-Rate in China auf die anderen Länder, in denen sich bereits Miner befanden, umverteilt wird.
Elektrizitätserzeugung: Wir haben angenommen, dass die Hash-Rate über die attraktiven Länder verteilt ist, gewichtet nach der gesamten Stromerzeugung jedes Landes, das heißt der gleiche Anteil der Stromerzeugung eines Landes geht in jedem Land an Bitcoin.
Elektrizitätspreis: Wir sind davon ausgegangen, dass die Hash-Rate zuerst an das günstigste Land verteilt wird, bis eine Obergrenze erreicht ist, was die Tatsache widerspiegelt, dass die Märkte nicht über ein unbegrenztes Angebot an günstigem Strom verfügen, der hinzugefügt werden kann. Diese Obergrenze wird auf einen Anteil an der Gesamterzeugung jedes Landes festgelegt (0,6 %, 1 % und 3,5 %⁵⁴), wobei das Maximum auf der bisher höchsten Durchdringung mit Minern basiert, die in Kasachstan zu verzeichnen ist.

Die Ergebnisse dieser unterschiedlichen Annahmen sind in Abbildung 23 dargestellt. Auf dieser Grundlage haben wir eine Basisemissionsverteilung von 60:40 zwischen kohlenstoffarmen und kohlenstoffreichen Märkten geschätzt, mit einer oberen Sensibilitätsgrenze von 40:60 und einer unteren Sensibilitätsgrenze von 80:20.

Für die Projektion der durchschnittlichen Kohlenstoffintensität der Netze der einzelnen Märkte haben wir das IEA-Szenario für nachhaltige Entwicklung 2020 verwendet, das Werte für die Kohlenstoffintensität der Netze auf regionaler Ebene bis 2040 liefert (siehe Abbildung 6). Abbildung 24 zeigt die aggregierten IEA-Projektionen, für die von uns definierten kohlenstoffarmen und kohlenstoffreichen Märkte. Im Laufe der Zeit sinkt die Kohlenstoffintensität in Märkten mit hohem Kohlenstoffanteil schneller als in Märkten mit niedrigem Kohlenstoffanteil, da kostengünstige Solar- und Windkraftanlagen die Kohle verdrängen. Wir sind davon ausgegangen, dass unsere Basisverteilung mit einer Aufteilung von 60:40 zwischen kohlenstoffarmen und kohlenstoffreichen Märkten während unserer Projektionen konstant bleibt. Regulatorische oder preisliche Entwicklungen können zukünftige Verteilungen verschieben, aber wir haben diese Möglichkeiten in unseren Projektionen nicht berücksichtigt.

Ergebnisse

Wie bei der Stromnutzung steigen auch die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin an und erreichen in allen Preisszenarien innerhalb des nächsten Jahrzehnts ihren Höhepunkt, bevor sie deutlich zurückgehen (siehe Abbildung 25). Aufgrund der Dekarbonisierung des Netzes ist der Rückgang der Emissionen nach der Spitze steiler als der Rückgang des Stromverbrauchs in Abschnitt 3.1.

Im Niedrigpreis- und im Basisszenario steigen die Kohlenstoffemissionen bis 2024 auf 33 bzw. 47 MtCO₂, da die Stromnutzung mit der Erholung des Marktes von der Abwanderung aus China steigt. Nach der Halbierung der Blocksubvention im Jahr 2028 sinken die Kohlenstoffemissionen schnell unter den Netto-Null-Pfad, der eine lineare Verringerung der Kohlenstoffemissionen vom Niveau des Jahres 2020 auf Null im Jahr 2050 darstellt. In den Szenarien mit mittlerem und hohem Preis steigen die Kohlenstoffemissionen bis zu einem Höchststand im Jahr 2027 an und gehen dann aufgrund der Dekarbonisierung des Netzes und der Halbierung deutlich zurück. In diesen Szenarien steigen die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin deutlich vor ihrem Höchststand an. Im mittleren Preisszenario erreichen die Emissionen einen Spitzenwert von 123 MtCO₂, das Vierfache des Wertes von 2020. Im Hochpreis-Szenario erreichen die Emissionen mit 234 MtCO₂ das Siebenfache des Niveaus von 2020.

Selbst auf dem Höhepunkt des Hochpreisszenarios werden die Emissionen von Bitcoin im Jahr 2027 nur 0,9 Prozent der globalen Kohlenstoffemissionen ausmachen. Bis 2040 werden die Kohlenstoffemissionen im Hochpreisszenario mit 22 MtCO₂ bereits wieder das Niveau von vor 2020 erreicht haben – nur 0,1 Prozent der globalen Emissionen (siehe Abbildung 26).

Wenn der Grad der Akzeptanz und der Preis von Bitcoin niedrig sind, werden die Emissionen gering sein. Wenn die Akzeptanz und der Preis von Bitcoin hoch sind – weil er einen gesellschaftlichen Wert als eine Form von gesundem Geld liefert – werden seine Emissionen höher sein, aber immer noch gering auf globaler Ebene.

Der künftige Preis von Bitcoin ist der empfindlichste Parameter für künftige Projektionen der damit verbundenen Kohlenstoffemissionen, weshalb wir die Ergebnisse für vier Preisszenarien vorgelegt haben. Für andere Parameter haben wir die Sensitivität unserer Ergebnisse gegenüber unseren Annahmen getestet. Tabelle 3 fasst unsere Schätzungen der Eingabespannen und deren Auswirkungen auf unsere Berechnung der Kohlenstoffemissionen für 2030 zusammen. Diese Schwankungsbreiten sind mit weniger als +/- 30 % im Vergleich zur Preisunsicherheit bescheiden.

3.3 Welche Hebel zur Dekarbonisierung könnten die Emissionen reduzieren?

Bitcoin-Miner können ihre Emissionen kurz- und mittelfristig reduzieren, indem sie Kohlenstoffkompensationen kaufen, erneuerbare Energie beziehen, Standorte mit erneuerbarer Energie bevorzugen und verschwendete Energie nutzen. Einige Unternehmen nutzen diese Möglichkeiten bereits. Langfristig können Bitcoin-Miner von der Dekarbonisierung des Netzes und wahrscheinlichen Fortschritten in der Batteriespeichertechnologie und den daraus resultierenden niedrigeren Speicherkosten profitieren.

Den Bitcoin-Minern stehen mehrere Hebel zur Dekarbonisierung zur Verfügung. Um die Emissionen kurzfristig zu reduzieren, können sie Kohlenstoffkompensationen kaufen und erneuerbare Energie aus bestehenden Quellen über das Netz beziehen. Mittelfristig können sie Standorte mit erneuerbarer Energie bevorzugen und verschwendete Energie nutzen, zum Beispiel gekürzte Wasserkraft und abgefackeltes Gas. Langfristig können sie von der Dekarbonisierung des Netzes sowie von wahrscheinlichen Fortschritten in der Batteriespeichertechnologie und niedrigeren Speicherkosten profitieren, die das Problem der Schwankungen bei netzunabhängigen erneuerbaren Energien lösen könnten (siehe Abbildung 27).

Bitcoin-Miner haben bereits damit begonnen, ihre Emissionen mithilfe dieser Hebel zu reduzieren, und einige Unternehmen sind seit kurzem klimaneutral. Dies wurde vor allem durch die Ansiedlung in Regionen mit geringer Kohlenstoffintensität und durch den Kauf von Kohlenstoffkompensationen erreicht. Da die Umweltbedenken in Bezug auf Kohlenstoffemissionen weiter bestehen, werden wahrscheinlich noch mehr Miner solche Maßnahmen ergreifen.

Ausgleich für Kohlenstoff Emissionen kaufen

Bitcoin-Miner können Kohlenstoff-Kompensationen kaufen, um ihre Emissionen zu neutralisieren. Ein Kohlenstoffausgleich für einen Betrieb finanziert eine Aktivität, die zu einer Verringerung des Kohlendioxids an anderer Stelle führt, zum Beispiel das Pflanzen von Bäumen oder die Bindung von Kohlenstoff. Da die Qualität von Kohlenstoff-Kompensationen variiert, stellen bewährte Verfahren sicher, dass die Kompensationen bestimmte Bedingungen erfüllen:

Zusätzlich: Sie reduzieren die Kohlenstoffemissionen oder beseitigen Kohlenstoff, der durch andere Anreize nicht reduziert werden würde.
Dauerhaft: Sie reduzieren Emissionen oder entfernen Kohlenstoff dauerhaft.
Ohne Verlagerung: Die Gewinne aus einem bestimmten Projekt führen nicht zu einem Anstieg der Emissionen an anderer Stelle.
Ohne Verlagerung: Die Gewinne aus einem bestimmten Projekt führen nicht zu einem Anstieg der Emissionen an anderer Stelle.
Unabhängig geprüft: Eine dritte Partei prüft die Kompensationen, um zu bestätigen, dass die Kohlenstoffreduzierungen real und glaubwürdig sind.

Box 7: Climate Vault

Mehrere Unternehmen bieten einen Emissionsausgleich an, darunter auch Climate Vault, eine an der Universität von Chicago gegründete gemeinnützige Organisation, die eine relativ neue und innovative Lösung anbietet. Anstatt zu versuchen, die Kohlenstoffreduzierung durch das Pflanzen von Bäumen zu schätzen, misst Climate Vault die genaue Menge an Kohlenstoffemissionen, die durch einen Ausgleich vermieden werden. Climate Vault erreicht dies durch den Kauf von Kohlenstoffemissionszertifikaten auf den Märkten für die Einhaltung von Obergrenzen und Handel und durch die Verwahrung dieser Zertifikate, sodass die Emittenten sie nicht verwenden können.

Bei einem Emissionshandelssystem legt eine Regierung eine Obergrenze für die gesamten Kohlenstoffemissionen einer bestimmten Branche oder der gesamten Wirtschaft fest. Im Rahmen dieser Obergrenze kaufen oder erhalten regulierte Unternehmen Emissionszertifikate, mit denen sie nach Bedarf handeln können. Jedes Jahr müssen die regulierten Unternehmen genügend Emissionsrechte abgeben, um ihre Kohlenstoffemissionen zu decken; andernfalls werden sie für Verstöße gegen das System bestraft. Der Markt für die Einhaltung der Vorschriften bezieht sich auf den Markt, über den diese regulierten Unternehmen Kohlenstoffemissionszertifikate kaufen und verkaufen.

Indem Climate Vault Emissionszertifikate vom Markt kauft und sie nicht zurückverkauft – und sie somit „vertreibt“ -, verringert es die möglichen Gesamtemissionen von Unternehmen, die unter das Emissionshandelssystem (Cap-and-Trade) fallen.

Beschaffung erneuerbarer Energie

Aktivitäten mit hoher Stromnutzung, zum Beispiel bestimmte Rechenzentren, können Strom beziehen, der zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien erzeugt wurde. Dies ist in der Regel nicht möglich, wenn man sich auf den lokalen Stromnetzmix verlässt. Auch Bitcoin-Miner können solchen Strom kaufen, und zwar auf drei Arten, die einfach, effektiv und weltweit anerkannt sind.

Eine Möglichkeit ist der Kauf von Zertifikaten für erneuerbare Energien, die nachweisen, dass ein Miner Energie aus erneuerbaren Quellen gekauft hat (siehe Abschnitt 2.1). Diese Zertifikate sind relativ günstig, sie kosten im Durchschnitt etwa 1 $ pro Megawattstunde, nur 2 Prozent der durchschnittlichen Stromkosten der Miner von 50 $ pro Megawattstunde, und sie sind in den meisten Ländern erhältlich (siehe Abbildung 28). Würden alle Bitcoin-Miner Zertifikate für erneuerbare Energien kaufen, um ihren Gesamtbedarf zu decken, würde sie das insgesamt rund 60 Millionen Dollar kosten, also etwa 1 Prozent der Mining-Einnahmen im Jahr 2020. Führende Unternehmen auf der ganzen Welt nutzen Zertifikate für erneuerbare Energien als ersten Schritt zur Erreichung ihres Ziels, 100 Prozent ihres Stroms aus erneuerbaren Quellen zu beziehen. RE-100 zum Beispiel ist ein Zusammenschluss führender Unternehmen, die sich zu 100 Prozent erneuerbaren Energien verpflichtet haben, und akzeptiert Zertifikate als einen wichtigen Hebel.

Eine zweite Möglichkeit für einen Bitcoin-Miner besteht darin, einen Vertrag mit einem lokalen Stromversorger abzuschließen, der in seinem Namen erneuerbare Energie beschafft. Diese Verträge haben in der Regel die Form von „Ökotarif“-Programmen, bei denen der Stromversorger erneuerbare Energie zu einem geringen Aufschlag auf seine regulären Verträge beschafft. Diese Art von Verträgen ist jedoch nicht in allen Ländern verfügbar.

Drittens können Bitcoin-Miner kurzfristige (weniger als fünf Jahre) Stromabnahmeverträge (purchase power agreement – PPA) mit Erzeugern erneuerbarer Energien abschließen. In einem PPA werden Bedingungen wie beispielsweise die Strommenge, die ein Erzeuger liefern wird, sowie der Preis und die Vertragsdauer festgelegt. Diese Vereinbarungen beinhalten in der Regel den Kauf von physischem Strom und Zertifikaten für erneuerbare Energien.

Bevorzugung von Standorten mit erneuerbarer Energie

Bitcoin kann überall auf der Welt geschürft werden, vorausgesetzt, es besteht Zugang zu einer zuverlässigen, kostengünstigen Stromversorgung und einer einfachen Internetverbindung. Dies gibt Bitcoin-Minern, anders als Akteuren in vielen anderen Branchen, die Möglichkeit, Standorte zu bevorzugen, die einen hohen Anteil an erneuerbarem Strom in ihrem Netzmix haben.

Die fünf wichtigsten Faktoren, die von Minern bei der Wahl eines Mining-Standorts genannt werden, sind der Strompreis, das regulatorische Umfeld, die Verfügbarkeit von Infrastruktur, der Zugang zu Bergbaumaschinen und die Kapitalkosten. Als sechsten Faktor können die Miner den Zugang zu erneuerbaren Energien hinzufügen – zum Beispiel durch einen hohen Anteil erneuerbarer Energien im Stromnetzmix. Die Abwanderung des Minings aus China bietet der Branche die Möglichkeit, die Emissionen schrittweise zu senken, wenn diese Miner in Regionen mit geringer Kohlenstoffintensität umziehen (siehe Abbildung 29).

Nicht genutzte (wasted) Energie

Die Nutzung von Energie, die andernfalls verschwendet würde, ist eine weitere Möglichkeit, Emissionen zu reduzieren. Diese Energieverschwendung kann in verschiedenen Formen auftreten, zum Beispiel in Form von gedrosselter Wasserkraft oder abgefackeltem Gas.

Gedrosselte Wasserkraft

Eine Möglichkeit besteht darin, auf Standorte mit überschüssiger Wasserkraft auszuweichen. China verfügt über eine beträchtliche Menge, die für das Jahr 2020 auf etwa 30 TWh geschätzt wird.⁵⁵ Obwohl die Miner früher in China angesiedelt waren, um diese Energie während der Regenzeit zu nutzen, ist China aufgrund des harten Vorgehens gegen den Bergbau keine praktikable Option für die Zukunft. Darüber hinaus haben die in China ansässigen Miner in der Trockenzeit auf Strom aus Kohle zurückgegriffen (siehe Box 3 und 4).

Auch Bitcoin-Miner haben begonnen, Russlands gedrosselte Wasserkraft zu nutzen. Ein Unternehmen, das Rechenzentren betreibt, die Kollokationsdienste für das Mining von Kryptowährungen anbieten, nutzt überschüssige Wasserkraft aus der Region Bratsk.⁵⁶ Die Chance ist jedoch gering. Selbst das größte Wasserkraftwerk Russlands, Sajano-Schuschenskaja, drosselt in einem Jahr mit überdurchschnittlichen Niederschlägen nur bis zu 2 TWh seines Stroms.⁵⁷ Das entspricht gerade einmal 3 Prozent des Stromverbrauchs von Bitcoin im Jahr 2020. Auch auf anderen Märkten gibt es nur wenige Belege für die Kürzung von Strom aus Wasserkraft, sodass diese Möglichkeit nur von geringem Umfang ist.

Die Verlagerung an Standorte, an denen die erneuerbaren Energien eingeschränkt werden, ist nur bei der Wasserkraft wirksam: Solar- und Windenergie werden in der Regel nur für kurze Zeiträume gedrosselt – ein paar sonnige Stunden in der Mitte des Tages oder Zeiten mit viel Wind.

Abgefackeltes Gas

Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung von Gas, das sonst abgefackelt würde. Unter Abfackeln versteht man die kontrollierte Verbrennung von Gas – hauptsächlich Methan – das als Nebenprodukt bei der Ölförderung entsteht. Das Gas wird abgefackelt, wenn es keine Verwendung dafür gibt, zum Beispiel für die Nutzung vor Ort oder den Verkauf an Dritte. Das Abfackeln erfolgt in der Regel auf Ölfeldern in abgelegenen Gebieten, in denen es nur begrenzte Exportpipelines gibt, und wenn es nicht wirtschaftlich ist, das Gas zur Steigerung der Ölproduktion wieder in die Ölvorkommen zu leiten.

Beim Abfackeln wird Energie verschwendet und Kohlendioxid emittiert. Das Gas kann jedoch mit relativ günstigen, kleinen Turbinen vor Ort in Strom umgewandelt werden, sodass keine teuren Exportpipelines oder ein Netzanschluss erforderlich sind. Das Bitcoin-Mining ist ein idealer Verwendungszweck für diese Elektrizität, da der Standort flexibel ist. Das Gas würde den Bitcoin-Minern wahrscheinlich zu geringen Kosten zur Verfügung stehen, da es sonst verschwendet würde. Projekte dieser Art haben kurze Amortisationszeiten und sind daher auf die Investitionshorizonte des Bitcoin-Minings von drei bis fünf Jahren abgestimmt. Außerdem ist die Verbrennung von Gas in einer Turbine viel effizienter als die Verbrennung in einer Fackel, sodass mehr Methan verbrannt und weniger in die Atmosphäre abgegeben wird. (Methan ist ein viel stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid und hat über einen Zeitraum von 20 Jahren einen 84-mal stärkeren Erwärmungseffekt⁵⁸). Ein Unternehmen, das diese Möglichkeit nutzt, ist Crusoe Energy, das bis Ende 2021 bis zu 0,3 Millionen Kubikmeter abgefackeltes Gas pro Tag für das Bitcoin-Mining nutzen will (siehe Box 8).

Da dieses Gas andernfalls abgefackelt worden wäre, stellt seine Verwendung zur Stromerzeugung für das Mining von Bitcoin eine produktive Nutzung einer ansonsten verschwendeten Energieressource dar. Sie führt zu keinem zusätzlichen Anstieg der Treibhausgasemissionen – und möglicherweise sogar zu einem Rückgang aufgrund einer Verringerung des entweichenden Methans. Im Jahr 2020 wurden weltweit etwa 142 Mrd. Kubikmeter Gas abgefackelt, was zur Erzeugung von etwa 430 TWh Strom ausreicht. Wenn wir die Offshore-Märkte und die schwierigeren Märkte wie zum Beispiel den Irak ausklammern, verbleiben etwa 140 TWh an Möglichkeiten.

Aufgrund der geografischen Unabhängigkeit des Bitcoin-Minings und der großen Mengen verschwendeter, gekürzter oder ineffizient genutzter Energieressourcen weltweit wählen Miner zunehmend aus einer breiten Palette von Technologien, um kostengünstige Energie zu beschaffen und gleichzeitig den Kohlenstoffausstoß zu verringern.

Einige Miner haben eine Strategie gewählt, die stark erneuerbare Energiequellen mit der Beschaffung von Kompensationsmitteln kombiniert. So hat beispielsweise ein Unternehmen ein Kohlekraftwerk auf eine Erdgasanlage mit geringerer Kohlenstoffintensität umgestellt und sich gleichzeitig verpflichtet, alle verbleibenden Emissionen auszugleichen. Ein großer US-amerikanischer Hosting-Dienstleister legte seinen Energiemix offen und verpflichtete sich zu einem zu 100 Prozent kohlenstoffneutralen Betrieb durch Kompensationen.

Andere Miner wählen ihre Standorte so aus, dass sie erneuerbare Energie beziehen. Einige große Mining-Unternehmen in Ontario undBritish-Columbia nutzen fast 100 Prozent Wasserkraft. Und schließlich nutzen einige Mining-Unternehmen bereits die Vorteile der Stromerzeugung aus Abgas. Wir gehen davon aus, dass diese und andere Strategien zur Verringerung des Kohlendioxidausstoßes in den kommenden Jahren verstärkt zum Einsatz kommen werden.

Box 8: Geschäftsmodell der Gas-Abfackelung bei Crusoe Energy

Crusoe Energy betreibt 40 mit Gas betriebene Rechenzentren in den Vereinigten Staaten und bietet Hosting-Dienste für energieintensive Branchen an. Auf das Bitcoin-Mining entfallen bis zu 80 Prozent der Rechenkapazität von Crusoe.

Crusoe Energy beschafft kostengünstiges Gas, das sonst von Öl- und Gasproduzenten abgefackelt worden wäre, und installiert ein Rohrleitungssystem, um es zu modularen 2-MW-Stromgeneratoren zu transportieren. Der Strom wird dann von Bitcoin-Mining-Maschinen genutzt. Crusoe Energy stellt seine Systeme direkt an den Abfackel-Stellen auf, wodurch die Kosten für den Gastransport und die Stromübertragung reduziert werden. Das Unternehmen stellt Bitcoin-Minern ihre Stromnutzung in Rechnung und mined Bitcoin mit seinen eigenen Maschinen. Das Unternehmen behauptet, dass die Nutzung von Abgas zur Energiegewinnung im Vergleich zum Abfackeln die Kohlenstoff-Äquivalent-Emissionen um bis zu 63 Prozent reduziert, da die Verbrennung des Gases in den Generatoren effizienter ist und weniger Methan in die Atmosphäre abgegeben wird.

Schlussfolgerungen

In diesem Papier haben wir den aktuellen und historischen Energieaufwand für das Bitcoin-Mining und die daraus resultierenden Kohlenstoffemissionen geschätzt. Wir haben auch mögliche zukünftige Emissionspfade vorgeschlagen.

Die aktuelle Energienutzung von Bitcoin-Minern lässt sich relativ leicht ableiten, aber die Prognose der zukünftigen Emissionsintensität von Bitcoin erfordert verschiedene Annahmen. Diese beziehen sich auf die Preisentwicklung von Bitcoin, den Energiemix und die geografische Lage der Miner, die Wirtschaftlichkeit der Miner, den Anteil der netzunabhängigen Mining-Aktivitäten, den durchschnittlichen Strompreis für Miner und das Volumen der Transaktionsgebühren.

Doch selbst in unserem aggressivsten Hochpreis-Szenario, in dem Bitcoin bis 2030 einen Wert von 10 Billionen Dollar erreicht, belaufen sich seine Emissionen auf nur 0,9 Prozent der weltweiten Gesamtemissionen, und sein Energieaufwand beträgt nur 0,4 Prozent der globalen Gesamtemissionen. Diese Zahlen wurden ohne Berücksichtigung der zu beobachtenden Beschleunigung bei der Nutzung von Kompensationen, erneuerbaren Energien, Zertifikaten für erneuerbare Energien und nicht genutzte Energie berechnet.

Das Bitcoin-Mining kann auch erhebliche Zusatznutzen haben. Da es sich beim Bitcoin-Mining um eine stark unterbrechbare Last handelt, können die Miner ihre Maschinen in Spitzenzeiten kurzfristig abschalten und so eine Lücke schaffen, von der andere Netzverbraucher profitieren können. Da die Netze zunehmend mit Solar- und Windenergie betrieben werden, können Bitcoin-Miner dazu beitragen, das unregelmäßige Angebot an Wind- und Sonnenenergie auszugleichen. In der Tat haben Miner in bestimmten Netzen begonnen, sich für Nachfrage und Reaktion (demand-response) Programme zu entscheiden.

Da das Bitcoin-Mining in hohem Maße mobil und modularisierbar ist und aufgrund der Allgegenwart des Satelliten-Internets überall auf der Welt funktioniert, kann es außerdem dazu beitragen, neue Energieanlagen zu monetarisieren, noch bevor diese vollständig in das Netz integriert sind. Als „Käufer der ersten Wahl“ haben Bitcoin-Miner das Potenzial, die Wirtschaftlichkeit neuer Projekte für erneuerbare Energien zu verbessern, indem sie eine flexible und sofortige Abnahme bieten.

Insgesamt sind die Aussichten für die Dekarbonisierung des Bitcoin-Minings in den kommenden Jahrzehnten recht vielversprechend. Vor dem Hintergrund zunehmender finanzieller Überwachung und globaler monetärer Instabilität werden die Argumente für Bitcoin als monetärer sicherer Hafen und neutrales Abwicklungsnetzwerk immer stärker.

Anhang 1: Bitcoin 101

Was ist Bitcoin?

Bitcoin ist eine Kryptowährung, eine Form von digitalem Geld, das nur in elektronischer Form existiert. Jeder Bitcoin ist im Wesentlichen eine Computerdatei, die in einer digitalen Brieftasche auf einem Computer oder Smartphone gespeichert ist.

Das Konzept von Bitcoin wurde 2008 in einem Whitepaper mit dem Titel „Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System“ vorgestellt und unter dem Pseudonym Satoshi Nakamoto veröffentlicht. Die Identität von Nakamoto und die Frage, ob es sich bei Nakamoto um eine Einzelperson oder eine Gruppe von Personen handelt, ist nach wie vor unbekannt. In dem Papier wurde beschrieben, wie Bitcoin funktionieren würde (das „Bitcoin-Protokoll“), und der erste Bitcoin wurde am 3. Januar 2009 geprägt. Seit seiner Entstehung ist der Preis von Bitcoin erheblich gestiegen. Im Februar 2011 überschritt er die Schwelle von 1 $, erreichte im November 2013 1.000 $ und im November 2017 10.000 $. Im April 2021 erreichte er einen Höchststand von 63.500 US-Dollar, bevor er nach Chinas hartem Vorgehen gegen das Mining wieder auf rund 35.000 US-Dollar zurückfiel (siehe Box 4).

Bitcoin wurde so konzipiert, dass der Vorrat auf 21 Millionen Bitcoins begrenzt ist, sodass nie mehr als 21 Millionen Bitcoins im Umlauf sein können. Dies macht Bitcoin zu einer knappen Ressource, da es nur einen begrenzten Vorrat gibt. Es wird erwartet, dass der letzte Bitcoin im Jahr 2140 gemined wird.

Wie funktioniert Bitcoin?

Da es sich bei Bitcoin um eine Form von Geld handelt, weist er mehrere Gemeinsamkeiten mit traditionellen Fiat-Währungen wie dem Dollar und dem Euro auf. So ist er beispielsweise ein Mittel zum Austausch von Geld zwischen zwei Parteien und zur Speicherung von Werten. Bitcoin und Fiat-Währungen weisen jedoch erhebliche Unterschiede auf. Fiat-Währungen sind zentralisiert. Sie werden von nationalen Regierungen ausgegeben und verlassen sich auf Vermittler – insbesondere Banken und Zahlungsabwickler wie Paypal und Visa –, um Transaktionen zwischen zwei Parteien aufzuzeichnen und zu überprüfen.

Im Gegensatz dazu ist Bitcoin eine dezentralisierte Währung. Bitcoins werden nicht von einer einzigen Stelle ausgegeben, und Bitcoin ist nicht auf Vermittler angewiesen, um Transaktionen aufzuzeichnen und zu überprüfen. Stattdessen ist der Ausgabemechanismus in das Bitcoin-Protokoll integriert, und Bitcoin-Transaktionen werden in einem öffentlichen, verteilten Hauptbuch, der sogenannten Blockchain, aufgezeichnet und überprüft. Die Blockchain ist auf Tausenden von Computern der einzelnen Teilnehmer auf der ganzen Welt installiert, die als „Nodes“ bezeichnet werden, wodurch sichergestellt wird, dass keine Einzelperson oder kein Unternehmen sie kontrollieren kann. Die Blockchain besteht aus einer Kette von Blöcken, wobei sich ein Block auf eine Reihe von Bitcoin-Transaktionen aus einem bestimmten Zeitraum bezieht.

Im Bitcoin-Netzwerk gibt es keine zentrale Behörde wie eine Bank, die neue Blöcke zur Blockchain hinzufügt und Transaktionen überprüft, um sicherzustellen, dass es keine „Doppelausgaben“ gibt – das heißt, um zu gewährleisten, dass ein Inhaber von Bitcoins diese nicht zur Bezahlung von mehr als einer Transaktion verwendet. Stattdessen werden alle Transaktionen aufgezeichnet und durch den „Proof of Work“-Mechanismus überprüft. Dadurch erhalten Teilnehmer, die komplexe mathematische Probleme lösen, das Recht, den nächsten Block von Transaktionen in die Blockchain aufzunehmen. Die Lösung der Probleme erfordert in der Regel einen hohen Einsatz von Rechenressourcen – und damit auch von Strom. Diese konkurrierenden Teilnehmer werden „Miner“ oder „Mining Nodes“ genannt, weil der Prozess des Hinzufügens neuer Blöcke zur Blockchain als Bitcoin-Mining bekannt ist. Sie verwenden meist spezialisierte, High-End-Computer. Während erfolgreiche Mining-Knoten Blöcke zur Blockchain hinzufügen, überprüfen andere Nicht-Mining-Knoten, ob die hinzugefügten Blöcke gültig sind und mit dem Bitcoin-Protokoll übereinstimmen. Diese Nicht-Mining-Knoten sind viel weniger ressourcenintensiv.

Die komplexen mathematischen Probleme sind nur durch Versuch und Irrtum zu lösen. Die Zahl, nach der die Miner suchen, wird „Nonce“ genannt, und jeder Versuch, die Zahl zu erraten, wird als „Hash“ bezeichnet. Jeder Hash hat die gleiche Wahrscheinlichkeit, die richtige Lösung zu liefern – ähnlich wie bei einer Lotterie. Der schnellste Miner, der das Problem löst, fügt der Blockchain einen neuen Block mit bestätigten Transaktionen hinzu. Unbestätigte Transaktionen warten im Bitcoin- „Memory Pool“, kurz „Mempool“, der im Grunde ein Warteraum ist. Nach der Bestätigung sind die Transaktionen Teil eines Blocks.

Das Bitcoin-Protokoll hat sich zum Ziel gesetzt, im Durchschnitt alle 10 Minuten einen neuen Block zu schürfen. Wenn die Anzahl der Miner, die um die Lösung der mathematischen Probleme konkurrieren, steigt, erhöht sich die „Hashrate“ (die Gesamtzahl der Berechnungen pro Zeiteinheit) und die Zeit für das Minen von Blöcken wird kürzer. Verringert sich die Zahl der Miner, sinkt die Hash-Rate, und die Lösung des mathematischen Problems dauert länger. Um die angestrebte Blockzeit von 10 Minuten aufrechtzuerhalten, ist das Bitcoin-Protokoll daher so programmiert, dass es den Schwierigkeitsgrad der mathematischen Probleme etwa alle zwei Wochen selbst anpasst. Dies wird als Schwierigkeitsanpassung (difficulty adjustment) bezeichnet. Dies ist ein entscheidender Faktor für den Stromverbrauch, denn je schwieriger das Schwierigkeitsprotokoll ist, desto mehr Strom wird für den Betrieb des Bitcoin-Netzwerks benötigt.

Bitcoin-Miner erhalten Bitcoins als Belohnung für ihre Arbeit bei der Erstellung eines neuen Blocks mit verifizierten Transaktionen. Diese Blockbelohnung gibt es in zwei Formen: erstens durch eine „Blocksubvention“, die aus neu ausgegebenen Bitcoins besteht, und zweitens durch „Transaktionsgebühren“, die von Parteien gezahlt werden, die Bitcoin-Transaktionen durchführen, um Minern einen Anreiz zu geben, ihre Transaktion in den nächsten Block aufzunehmen. Die Blocksubvention wird durch das Bitcoin-Protokoll im Voraus festgelegt. Sie begann bei 50 Bitcoins (BTC) und halbiert sich alle 210.000 Blöcke (etwa alle vier Jahre), ein Prozess, der so lange fortgesetzt wird, bis alle 21 Millionen Bitcoins abgebaut worden sind. Dieser Prozess wird als „Halbierung“ bezeichnet. Die Blocksubvention von Bitcoin hat sich seit der Entstehung von Bitcoin dreimal halbiert – auf 25 BTC im Jahr 2012, 12,5 BTC im Jahr 2016 und 6,25 BTC im Jahr 2020. Die nächste Halbierung wird im Jahr 2024 stattfinden. Die Transaktionsgebühren variieren und hängen von der Transaktionsgröße und dem Transaktionsaufkommen im Netzwerk ab: In Zeiten hohen Transaktionsvolumens steigen die Gebühren. Transaktionen mit einer höheren Gebühr werden mit größerer Wahrscheinlichkeit in den nächsten Block aufgenommen.

Das Proof-of-Work-Modell fügt neuen Einträgen im Kassenbuch reale Kosten hinzu. Diese sollen aus einer einzigen, linearen Historie verifizierter Transaktionen auf der Blockchain bestehen, bei denen die Nutzer darauf vertrauen können, dass sie nicht rückgängig gemacht werden. Dies wird als „kanonischer“ Transaktionsverlauf bezeichnet. Wenn sich ein Miner falsch verhält – entweder indem er ungültige Blöcke produziert oder indem er verzweigte, alternative Ketten erstellt, die nicht auf der kanonischen Geschichte aufbauen – wird dieser Miner durch einen Verlust der Blockbelohnung bestraft. Aber Miner arbeiten hart, um sich diese Belohnung zu verdienen. Sie verwenden spezialisierte High-End-Computer, deren Wert sich aus den Blockbelohnungen ergibt, die sie während ihrer Nutzungsdauer verdienen. Miner haben daher ein extrem starkes wirtschaftliches Motiv, ehrlich zu sein und eine einzige, lineare Geschichte verifizierter Transaktionen auf der Blockchain zu erstellen, bei der die Nutzer darauf vertrauen können, dass sie nicht rückgängig gemacht wird. Die wirtschaftlichen Kosten, die mit den Blöcken verbunden sind (ausgedrückt in Form von Strom- und Rechenressourcen), halten die Miner also in Schach.

Der in den Mining-Prozess eingebaute Proof-of-Work-Mechanismus dient dazu, Bitcoin-Transaktionen zu verifizieren und neue Bitcoins auszugeben. Keine einzelne Instanz koordiniert diese Miner. Stattdessen hält das Bitcoin-Protokoll – insbesondere die durch den Arbeitsnachweis geschaffenen wirtschaftlichen Anreize – das System am Laufen. Es gibt den Nutzern die Gewissheit, dass ihre Transaktionen der Blockchain hinzugefügt werden und dass die Blockchain letztendlich zu einem einzigen, endgültigen, linearen Transaktionsverlauf konvergiert.

Anhang 2: Krypto-Adoptionsindex und andere wichtige sozioökonomische Indikatoren 2021

Fußnoten

1. http://www.ipsnews.net/2002/06/argentina-small-savers-are-the-big-losers/
2. Nach Ansicht des argentinischen Wirtschaftswissenschaftlers Bernando Kliksberg - siehe https://core.ac.uk /download/pdf/73534.pdf
3. Im Statista-Index 2020 für die Pro-Kopf-Nutzung von Kryptowährungen liegt Argentinien an neunter Stelle, mit 14,4 Prozent der Befragten angaben, Kryptowährungen zu besitzen: https://www.statista.com/statistics/1202468/global-cryptocurrency-ownership/
4. https://www.coindesk.com/argentinas-ripio-acquires-second-largest-cr ypto-exchange-in-brazil
5. https://www.nytimes.com/2018/05/23/world/asia/turkey-lira-erdogan.html
6. https://www.theguardian.com/world/2018/aug/13/how-serious-is-turkeys-lira-crisis-and-what-are-the-implications
7. https://www.dailysabah.com/business/finance/collapses-of-exchanges-vs-turkish-cr ypto-boom
8. https://www.theguardian.com/world/2021/mar/21/turkish-lira-could-plunge-15-as-erdogan-faces-market-wrath-forsacking-bank-chief
9. Hier einige Datenpunkte: https://www.economist.com/middle-east-and-africa/2019/10/05/a-long-feared-currency-crisishas-begun-to-bite-in-lebanon
10. https://www.ft.com/content/df234c78-a945-4199-befe-0272259dc755
11. https://www.npr.org/2021/07/12/1015337240/the-economic-crisis-in-lebanon-may-be-one-of-the-worst-in-the-worldsince-the-18
12. https://www.nbcnews.com/news/world/there-no-future-here-lebanese-struggle-through-economic-collapse-n1273741
13. https://www.worldbank.org/en/countr y/lebanon/publication/lebanon-economic-monitor-spring-2021-lebanon-sinking-tothe-top-3
14. https://www.nbcnews.com/news/world/there-no-future-here-lebanese-struggle-through-economic-collapse-n1273741
15. https://www.coindesk.com/how-bitcoin-fits-into-lebanons-banking-crisis
16. https://blogs.l se.ac.uk /latamcaribbean/2021/02/10/day-zero-how-and-why-cuba-unified-its-dual-currency-system/
17. https://www.reuters.com/world/americas/explainer-how-cubas-monetar y-reform-will-take-place-impacteconomy-2020-12-11/
18. https://www.reuters.com/ar ticle/us-cuba-economy-analysis/analysis-cubas-looming-monetar y-reform-sparks-confusioninflation-fears-idUSKBN29418I
19. https://www.reuters.com/world/americas/roaring-inflation-compounds-cubans-economic-woes-2021-06-16/
20. https://www.reuters.com/world/africa/nigerias-annual-inflation-hit-more-than-4-year-high-march-2021-04-15/
21. https://www.statista.com/statistics/383132/inflation-rate-in-nigeria/
22. https://www.bloomberg.com/news/ar ticles/2021-05-25/nigeria-devalues-naira-on-migration-to-single-exchange-rate
23. https://dlocal.com/blog/markets-consumers/central-bank-of-nigeria-introduces-currency-control s-and-spending-limits/
24. https://www.statista.com/chart/18345/crypto-currency-adoption/
25. https://www.coindesk.com/crypto-booming-in-nigeria-despite-banking-ban
26. https://www.theguardian.com/technology/2021/jul/31/out-of-control-and-rising-why-bitcoin-has-nigerias-government- in-a-panic
27. Hanke und Krus Tabelle
28. https://qz.com/1096237/deutsche-bank-analysis-on-the-frequency-of-financial-crises/
29. https://www.frbsf.org/economic-research/files/wp11-22bk.pdf
30. Reuters 27.06.2017 https://www.reuters.com/article/us-usa-fed-yellen-idUSKBN19I2I5
31. https://www.ft.com/content/664c575b-0f54-44e5-ab78-2fd30ef213cb
32. https://www.bloomberg.com/news/newsletters/2021-07-09/what-s-happening-in-the-world-economy-the-central- bankers-of-everything
33. https://www.spglobal.com/ratings/en/research/articles/210412-default-transition-and-recovery-2020-annual-sovereign- default-and-rating-transition-study-11888070#:~:text=From percent202010 percent20to percent202020 percent2C percent20sovereign,per percent20year percent20in percent201999 percent2D2009
34. HRF
35. Dies entspricht 16 Prozent des gesamten zu Anlagezwecken gehaltenen Goldes, wenn man von 74.000 Tonnen Gold ausgeht, die in Goldbarren, von Zentralbanken oder als Basis für börsengehandelte Produkte gehalten werden, oder dem Sechsfachen des gesamten von Anlegern gehaltenen Silbers
36. CM Daten
37. https://www.jbs.cam.ac.uk/faculty-research/centres/alternative-finance/publications/3rd-global-cryptoasset- benchmarking-study/
38. https://www.coinbase.com/about
39. https://www.newsweek.com/46-million-americans-now-own-bitcoin-crypto-goes-mainstream-1590639
40. https://assets.ctfassets.net/hfgyig42jimx/5u8QqK4lqjEgL506mOx4m3/d44d8e204aecfc75a839e2a9d505f5d1/Crypto.com_ Data_Report_-_On-chain_Market_Sizing.pdf
41. Quelle: Chainalysis Global Crypto Adoption Index
42. Siehe Hasu und Su Zhu (https://medium.com/@hasufly/bitcoin-and-the-promise-of-independent-property-rights- 8f10e5c7efa8) und Ark Invest (https://ark-invest.com/white-papers/bitcoin-part-one/)
43. Für eine formale Version des Arguments siehe Yermack, Raskin und Saleh https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_ id=3437529
44. https://data.worldbank.org/indicator/EG.ELC.ACCS.ZS
45. https://www.iea.org/news/air-conditioning-use-emerges-as-one-of-the-key-drivers-of-global-electricity-demand-growth
46. Quelle: IEA World Energy Outlook 2020
47. Quelle: World Bank
48. Quelle: IEA 2018 Energy Balances for World
49. Quelle: IEA World Energy Outlook 2020
50. Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI) Mining Equipment List
51. Bestimmte Geräteklassen (namentlich Antminer S7 und S9) hinterlassen in den Nonce-Daten jedes von ihnen geschürften Blocks eine Signatur. Durch die Analyse der Nonce-Daten jedes geminten Blocks ist es möglich, den Anteil der von diesen Maschinenklassen geminten Blöcke zu schätzen Geräteklassen geschürft werden, und damit auch ihr Anteil an der Hash-Rate
52. Quelle: Vom Cambridge Centre for Alternative Finance durchgeführte Erhebung über Mining-Standorte. Dieser Datensatz aggregiert Daten von Mining-Pools, die 32-37 Prozent der Gesamt-Hashrate von Bitcoin repräsentieren, für den Zeitraum Januar bis Dezember 2020
53. Dies umfasst den Abbau, das Mahlen, Schmelzen und Raffinieren von Gold und schließt indirekte Stromemissionen ein
54. Die getesteten Obergrenzen betrugen 0,6 Prozent (untere Grenze, die eine Streuung über alle attraktiven Länder sicherstellt), 1 Prozent (durchschnittlicher Anteil aus den Daten des Cambridge Centre for Alternative Finance) und 3,5 Prozent (höchster Anteil aus den aus Cambridge-Daten, der in Kasachstan liegt)
55. Quelle: Nationale Energieverwaltung von China
56. Quelle: BitRiver
57. Quelle: Verband der Wasserkraftwerke Russlands
58. Quelle: IPCC-Bewertungsbericht 5, Arbeitsgruppe 1, Kapitel 8: Anthropogenic and Natural Radiative Forcing

OFFENLEGUNGEN

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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!

European Bitcoiners

Bitcoin Net Zero

Zusammenfassung

Abschnitt 1: Die Bedeutung von Bitcoin heute

1.1 Die menschlichen Kosten der Währungsinstabilität

1.2 Die Bedeutung von Bitcoin für die heutige Gesellschaft

1.3 Energienutzung und zivilisatorischer Fortschritt

Abschnitt 2: Die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin

Zusammenfassung

2.1 Wie sieht es mit der Stromnutzung und den Emissionen von Bitcoin im weltweiten Vergleich aus?

2.3 Wie hoch ist die Stromnutzung beim Bitcoin-Mining?

2.4 Welche Kohlenstoffemissionen sind durch die historische Stromnutzung entstanden?

2.5 Wie schneidet Bitcoin im Vergleich zu anderen Innovationen und Rohstoffen ab?

Abschnitt 3: Die künftigen Kohlenstoffemissionen von Bitcoin

3.1 Wie wird sich die Stromnutzung von Bitcoin unter verschiedenen Szenarien entwickeln?

3.2 Wie werden sich die Kohlenstoffemissionen von Bitcoin unter diesen Szenarien entwickeln?

3.3 Welche Hebel zur Dekarbonisierung könnten die Emissionen reduzieren?

Bevorzugung von Standorten mit erneuerbarer Energie

Schlussfolgerungen

Anhang 1: Bitcoin 101

Was ist Bitcoin?

Wie funktioniert Bitcoin?

Anhang 2: Krypto-Adoptionsindex und andere wichtige sozioökonomische Indikatoren 2021

Fußnoten

OFFENLEGUNGEN

BitBoxer

L'ultima Parola Sul Consumo Energetico di Bitcoin

List od Społeczności Bitcoina do amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA)

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