Wie viel schneller muss das Bitcoin-Netzwerk wachsen, um die Hälfte des UNEP-Ziels zur METHAN-Reduzierung zu erreichen?

Der Artikel ist erschienen am 05.09.2022 auf auf Daniel Battens Webseite in der Revision C.
Autor: Daniel Batten
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.


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Mülldeponien sind einer der größten Methan-Emittenten der Welt. Da sie meist kilometerweit vom Stromnetz oder einer Gaspipeline entfernt sind, hatten die meisten Deponien bis vor kurzem keine wirtschaftliche Möglichkeit, das Methan zu entsorgen. Bitcoin-Mining-Betriebe ändern das, indem sie Deponiegas reinigen und es verbrennen, um Strom zu erzeugen, der für das mobile Bitcoin-Mining verwendet wird.

Einführung

Ich habe bereits Untersuchungen veröffentlicht, die zeigen, dass das Bitcoin-Mining das Potenzial hat, die globale Erwärmung um 0,15 Grad Celsius zu reduzieren (Englisch/Deutsch). Dieser Artikel ist die Fortsetzung dieser Studie.

Hier sehen wir uns das Wachstum der Bitcoin-Hash-Power an, das wir benötigen würden, um dieses Niveau der Methan-Reduzierung zu erreichen, wenn wir gereinigtes und verbrennendes Deponiegas als vorherrschende Energiequelle verwenden würden.

Ich betrachte auch, wie lange es dauern würde, die Hälfte der von der UNEP angestrebten Methan-Reduktion zu erreichen, wenn die Wachstumsrate der Hash-Power nicht erhöht wird.

Hintergrund

Das UNEP hat erklärt, dass eine Senkung der Methan-Werte um 45 % eine Reduzierung der globalen Erwärmung um 0,3 °C bewirken kann. In einem früheren Artikel habe ich untersucht, wie das Bitcoin-Mining die Hälfte dieses Reduktionsziels erreichen könnte (mit anderen Worten: 23 % unserer derzeitigen, vom Menschen verursachten Methanemissionen reduzieren).

Carboncredits.com erklärt dies folgendermaßen: „Methan … kann einfach verbrannt werden, um CO₂ zu erzeugen. Das klingt zunächst kontraproduktiv, aber da Methan mehr als 20 Mal schädlicher für die Atmosphäre ist als CO₂, reduziert die Umwandlung eines Moleküls Methan in ein Molekül CO₂ durch Verbrennung die Nettoemissionen immer noch um mehr als 95 %.“

Methan ist über einen Zeitraum von 20 Jahren ein 84-mal stärker erwärmendes Treibhausgas als CO₂. Es trägt inzwischen genauso viel zum Klimawandel bei wie CO₂. Die Verbrennung von Methan, das andernfalls in die Atmosphäre freigesetzt worden wäre, ist weithin als einfacher und wirksamer Weg zu einem Kohlenstoff-negativen Klima anerkannt. Im Gegensatz zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen, die kohlenstoffneutral sind, hat die Nutzung von Methan als Energiequelle einen viel größeren Nutzen für die Umwelt, da sie die Nettomenge an Treibhausgasen, die sonst in die Luft gelangt wären, tatsächlich reduziert.

Es handelt sich um eine Vereinfachung der Vorgänge, aber die Gesamtreduktion der Nettoemissionen um 95 %, die wir durch die Verbrennung von Methan erreichen, das direkt in die Luft gelangt wäre, ist korrekt. In diesem Artikel gehe ich der Frage nach, was passieren würde, wenn wir unsere Nutzung von Deponiegas (das zu 70 % direkt in die Luft abgeleitet wird) und von abgefackeltem Gas aus der Öl- und Gasindustrie in Zukunft erheblich steigern würden.

Frage

Wie lange würde es bei dem derzeitigen Wachstum der Hashrate dauern, bis wir alle zugänglichen Methanemissionen aus Mülldeponien und abgefackeltem Gas verbraucht hätten?

Zusammenfassung der Ergebnisse

Um die Hälfte des UNEP-Ziels einer 45-prozentigen Reduzierung der Methanemissionen zu erreichen, müsste das Bitcoin-Netzwerk (in Hashrate) mit einer 40,2 % höheren Rate wachsen als das heutige Netzwerkwachstum von 46,7 Exahash (EH) pro Jahr und 80 % des gesamten neuen Minings für Methan-Minderungsprogramme einsetzen. Es würde bis 2045 dauern, um dieses Ziel zu erreichen, und einen kleinen Beitrag von anderem Proof-of-Work (PoW) basiertem Krypto-Mining erfordern, um dies zu erreichen.

Unter dem konservativeren Szenario, dass 24 % des zukünftigen Bitcoin-Netzwerks ab 2023 mit Deponiegas betrieben werden, würde dies weit davon entfernt sein, die Hälfte der UNEP-Ziele für Methanemissionen zu erreichen. Es würde jedoch genügend Kohlenstoff-negativen Strom liefern, um das Bitcoin-Netzwerk 6,8-mal Kohlenstoff-negativ zu machen (mit anderen Worten, 6,8-mal mehr Kohlenstoff zu reduzieren, als es produziert). Aufgrund der Schwierigkeiten, die andere Technologien bei der Nutzung von Methan aus Mülldeponien und anderen abgelegenen Orten haben, die weit von einem Netzanschlusspunkt entfernt sind, ist es wahrscheinlich, dass diese Zahl alle anderen Technologien, Geldnetzwerke und Nationalstaaten übertreffen wird.

Dies weist darauf hin, dass auch andere Nutzer von Abfallenergie, zum Beispiel unterbrechbare Rechenzentren, in den Bereich der Methan-Reduzierung einsteigen müssen, damit wir das UNEP-Ziel schneller erreichen können.

Das auf PoW basierende Krypto-Mining (das derzeit von Bitcoin dominiert wird) bleibt aufgrund seiner einzigartigen standortunabhängigen Eigenschaften und der im Vergleich zu herkömmlichen Rechenzentren niedrigen Einrichtungskosten die derzeit beste Methode zur Methan-Reduzierung von Deponiegas und Erdgasemissionen aus der Öl- und Gasindustrie.

Berechnungen

Schritt 1: Berechnung der Energiemenge aus einer metrischen Tonne Erdgas

1. Erdgasvolumen in Masse umrechnen.

   50.000 Kubikfuß Erdgas = 2.636,4 lb = 1,32 Tonnen ~ 1,2 Tonnen.

   ⇨ 1 t = 50.000/1,2 = 41.667 Kubikfuß

2. Berechnung der Arbeit in Kilowattstunden (kWh), die bei der Verbrennung einer bestimmten Menge Erdgas erzeugt werden.

   Erdgas erzeugt 0,14 kWh pro Kubikfuß.

   ⇨ 1 Tonne erzeugt, 41.667 × 0,14 kWh = 5.833 kWh = 5,83 MWh.
   (1 MWh erfordert 0,1715 t)

Schritt 2: Berechnung der durch das Bitcoin-Mining erzeugten Energie zur Reduzierung von Methan

Das gesamte für das Bitcoin-Mining verfügbare Methan (nur Öl & Gas + Deponien) =

12,27 Millionen Tonnen (Mt) Methan/Jahr (aus abgefackeltem Gas in Ölfeldern)

+59,714 Mt (Deponiegas), die den Bitcoin-Minern zur Verfügung stehen (Englisch/Deutsch)

= 71,984 Mt/Jahr, die bereitgestellte Energie beträgt

• 71,984 Mt x 5,83 MWh/t = 419,67 TWh pro Jahr.

Schritt 3: Schätzung, wann das Bitcoin-Mining diese jährliche Nutzungsrate erreicht

Jeder S19Pro

• nutzt 3,5 kW = 30,66 MWh in einem Jahr
• hat Hashrate = 110 TH (Tera-Hash)

Man benötigt 419,67 Millionen Wh/ 30,66 Millionen Wh = 13,69 Millionen S19Pros, um diese Energie zu nutzen

= 13,69 Millionen x 110 TH = zusätzliche 1.506 EH (pro Jahr)*

* EH = Exo-Hash;  1 EH = 1 Million TH

Schritt 4: Untersuchung verschiedener Szenarien, um zusätzliche 1.506 EH/Jahr zu erreichen

Derzeitiges Hash-Raten-Wachstum = 46,7 EH/Jahr.

Szenario A:

80 % des gesamten künftigen Krypto-Minings werden für die Methan-Reduzierung verwendet (nicht unwahrscheinlich, da die Methan-Reduzierung sowohl das drängendste Umweltproblem als auch die wirtschaftlichste Energiequelle ist, da die Gewinnspannen beim Krypto-Mining sinken und kostengünstige Energiequellen in den Vordergrund rücken).

Wenn diese Wachstumsrate linear bleibt, dann werden jedes Jahr 46,7 EH × 80 % = 37,36 EH aus dem Bitcoin-Mining stammen, die restlichen EH aus anderem PoW basierten Krypto-Mining.

Bei dieser Rate würde es 1.506/46,7 = 32,2 Jahre dauern, bis Bitcoin und anderes Krypto-Mining auf der Basis von PoW das verfügbare Deponie- und Ölfeld-Methan (die Hälfte des UNEP Methan Minderungsziels) gemindert haben.

Szenario B:

Wie Szenario A, jedoch wächst die globale Hashrate im Durchschnitt doppelt so schnell wie heute.

Bei diesem Szenario würde es 16,1 Jahre dauern, um ½ des UNEP-Ziels einer Methan-Reduzierung von 45 % zu erreichen.

Szenario C:

Wir erreichen die UNEP-Ziele zur Methan-Reduzierung bis 2030 mit einer Vielzahl von Mitteln. Berechnung des Beitrags, der durch Bitcoin und anderes Krypto-Mining auf PoW Basis möglich ist, unter der Annahme, dass die Hash-Rate nicht ansteigt und 80 % des künftigen Minings in diesem Zeitraum für die Methan-Reduzierung verwendet werden.

Die gesamte jährliche Methan-Minderung, die erforderlich ist, um das UNEP-Ziel zu erreichen: 141 Mt

Gesamtmenge, die bis 2030 aus dem PoW-basierten Krypto-Mining stammen würde

= (46,7 × 8) / 1.506 × 22,9 / 45 = 12,6 %. (10,08 % stammen aus dem Bitcoin-Netzwerk)

Anmerkung: 10,08 % bis 2030 entsprechen 564,48 Mt CO₂-Äquivalenz (CO2-eq). Das derzeitige Bitcoin-Netzwerk emittiert 27,02 Mt CO₂-eq. / Jahr (Stand 2022, Englisch/Deutsch). Dies reicht also aus, um das heutige Bitcoin-Netzwerk 20,9-fach zu kompensieren, wodurch das Netzwerk 20,9-fache Klima-positiv wird.

Bei einem konservativeren Szenario, bei dem Deponiegas nicht 80 %, sondern 24 % des künftigen Bitcoin-Netzwerks ausmacht, beträgt die Emissionsreduzierung = 24/80 × 564,48 Mt CO₂-eq ⇨ 169,34 Mt CO₂-eq. Das ist genug, um das Bitcoin-Netzwerk 6,8-fach zu kompensieren, basierend auf der heutigen Hashrate.

Schauen wir uns an, was passiert, wenn wir das Wachstum der Hash-Rate berücksichtigen.

Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichts beträgt die globale Hash-Power 205 EH/s. Langfristig gesehen sind die Emissionen eng mit dem Wachstum der Hash-Power verbunden. Bis 2030 können wir bei der derzeitigen Wachstumsrate der Hash-Power (46,7 EH/Jahr) davon ausgehen, dass das Bitcoin-Netzwerk 205 + 373,6 = 578,6 EH/s erreichen wird. Daher können wir erwarten, dass das Bitcoin-Netzwerk 2,822-mal mehr Strom nutzt. (Michael Saylor argumentiert, dass die Effizienz der Miner diese Stromnutzung senken wird. In einer Reihe von Gesprächen mit dem Onchain-Analysten Willy Woo wurde ich jedoch von seiner These überzeugt, dass die Effizienz der Miner die Energienutzung nur kurzfristig beeinflusst: Langfristig wird der Mining-Betrieb diese zusätzliche Effizienz einfach nutzen, um mehr ASICS zu kaufen und mehr Strom zu nutzen.)

Bei einer Steigerung der Hash-Rate um den Faktor 2,822 erwarten wir einen Anstieg der Emissionen auf 77,7 Mt, wenn der Anteil der erneuerbaren Energien nicht erhöht wird, und einen Anstieg der jährlichen Gesamtenergienutzung von 93,46 TWh (zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichts) auf 263,71 TWh. Diese Annahme ist jedoch unzutreffend. Der Anteil der erneuerbaren Energien ist von Q1 2021-Q3 2022 messbar gestiegen. Nach Angaben des Bitcoin-Mining-Council ist der Anteil der erneuerbaren Energien wie folgt gestiegen:

Wenn man konservativ davon ausgeht, dass der Anstieg von März bis Juni 2021 ein Ausreißer war und die Trendlinie ein stetiger Anstieg von 3,5 % pro Jahr ist, hätten wir bis Dezember 2030 ein Netz, das zu 89,25 % aus erneuerbaren Energien besteht. Dies hätte eine Kohlenstoffintensität von nicht 77,7 Mt, sondern 77,7 × (1-0,58/(1-0,8925) = 19,89 Mt CO₂-eq. zur Folge.

In der Zwischenzeit würden 24 % des entlüfteten Methans als Energiequelle genutzt, was 24 % von 263,71 TWh/Jahr = 63,29 TWh/Jahr = 63,29 × 10⁶ MWh/8760 (24h × 365) = 7.224 MW entspricht.

Aus früheren Untersuchungen wissen wir, dass 183,6 MW 27,02 t CO₂-Äquivalent-Emissionen eindämmen (Englisch/Deutsch) und die Leistung von etwas weniger als 50 Mülldeponien erfordert.

⇨ 7.224 MW verringern also 7.224/183,6 × 27,02 = 39,35 × 27,02 = 1.063 Mt CO₂-Emissionen.

1,063 Giga Tonnen (Gt) CO₂-Äquivalente, die vermieden werden, gegenüber 19,89 Mt CO₂-Äquivalenten, die erzeugt werden, bedeuten, dass das Bitcoin-Netzwerk bis 2030 53-fach Kohlenstoff-negativ ist.

Dies ist ebenfalls eine sehr bedeutende Zahl. Da die Emissionen derzeit bei 50 Gt CO₂-eq/Jahr liegen, entspricht dies 2 % aller globalen Emissionen.

Selbst wenn wir den konservativeren GWP100-Wert für Methan verwenden und die Tatsache ignorieren, dass der kurzfristige Schwerpunkt des GWP20-Wertes seit der Erklärung der UNEP, dass die Eindämmung von Methan den „stärksten Hebel darstellt, den wir zur Eindämmung des Klimawandels in den nächsten 25 Jahren haben“, wohl immer wichtiger wird. Wenn wir die Tatsache ignorieren, dass die GWP-Werte von Methan jetzt wahrscheinlich höher sind als die zuvor berechneten Werte, und das niedrigste GWP100 für Methan verwenden, das eine Rückkopplung von nur 25 ausschließt, hätten wir immer noch ein Bitcoin-Netzwerk, das auf dem besten Weg ist, bis 2030 zehnmal Kohlenstoff-negativ zu sein, wenn nur 24 % der Mining-Betreiber entlüftetes Methan verwenden.

Da wir keine Ahnung haben, wie hoch der Bitcoin-Preis im Jahr 2030 sein wird, können Kritiker jeden Versuch, potenzielle Emissionen im Jahr 2030 zu berechnen, als spekulativ bezeichnen. Das stimmt zwar, aber es gibt eine eingebaute „Genauigkeitsabsicherung“ in unserer Methodik, die den zukünftigen Kohlenstoff-negativen Status eher an die Hash-Rate als an den Preis bindet (physikalisch gesehen würde ich sagen, dass dies eine zuverlässigere Korrelation ist als der Preis). Die Genauigkeitsabsicherung ist folgende: Wenn die Hash-Rate schneller steigt, wird auch der absolute Wert der Kohlenstoff-negativen Energiemenge steigen (diese 24 % werden mehr zählen). Unter der Voraussetzung, dass das Bitcoin-Netzwerk ~24 % der Energienutzung aus entlüftetem Methan erreicht, ist das einzige Szenario, in dem Bitcoin bis 2030 nicht 6,8-fach Kohlenstoff-negativ werden kann, dass die Hash-Power unter die aktuelle Wachstumsrate fällt.

Szenario D:

Wir erreichen das UNEP-Ziel der Methan-Reduzierung (45 %) bis 2045, und PoW-basiertes Krypto-Mining erreicht die Hälfte davon. Wie stark muss die Bitcoin-Hashrate wachsen, um dieses Ziel zu erreichen?

Das würde bedeuten, ein Hashrate-Wachstum von

1.506 EH in (2045-2022) Jahren

= 1.506/23 = 65,48 EH/Jahr

Aktuelle Rate = 46,7, also müsste das Hashrate-Wachstum 65,48/46,7 = 40,2 % Gesamtwachstum betragen, oder 1,5 % mehr als die aktuelle Hashrate pro Jahr.

1.506 EH entsprechen 13,6 Millionen S19Pro-Äquivalenten = ~46,5 Milliarden  US-Dollar (allein in ASICS)

= 416.976.000 MWh ⇨ Minderung von 72 Mt Methan/Jahr = 2.160 Mt CO₂-Äquivalente (bei Verwendung des 100-jährigen GWP) oder 6.048 Mt CO₂-Äquivalente bei Verwendung des 20-jährigen GWP.

Dokument Revisionen

5. September 2022: In Abschnitt C wurde das Segment der Zukunftsprojektionen hinzugefügt.

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