Die Sicherheit des Bitcoin-Netzwerks beruht auf einem Prozess, der Proof-of-Work (PoW) genannt wird, welcher durch fortschrittliche Hardware und grosse Mengen an Strom angetrieben wird. Beim PoW-Mining aggregieren die Miner Transaktionsdaten über einen bestimmten Zeitraum und versuchen, diese Daten in einem verschlüsselten Output zusammenzufassen, der vom Rest des Netzwerks akzeptiert wird. Dieser Prozess ist rechenintensiv und erfordert eine erhebliche Menge an Energie. Erfolgreiche Miner werden dafür vom Netzwerk mit neu geschaffenen Bitcoins entschädigt. Der Energiebedarf des PoW-Minings ist jedoch nicht willkürlich. Da die Miner Ressourcen aufwenden müssen, um den Status des Shared Ledger zu aktualisieren, wird die Manipulation historischer Daten extrem kostenintensiv.
von Erik Anderson, Digital Asset Analyst von Global X
Heute verbraucht die globale Bitcoin-Mining-Industrie die gleiche Menge an Strom wie die Niederlande. Der Gesamtstromverbrauch ist zwar hoch, sagt aber noch nicht alles aus. Es ist auch wichtig, die bedeutenden Fortschritte zu berücksichtigen, die die Mining-Industrie bei der Verbesserung der Energieeffizienz ihrer Betriebe gemacht hat, sowie die Kräfte, die die Miningindustrie dazu bringen, grössere Mengen an nachhaltig erzeugter Elektrizität in den Miningprozess zu integrieren.
Wichtigste Erkenntnisse
- Bitcoin-Schürfer konkurrieren um die Maximierung ihres Anteils an einer festen Menge an schürfbaren Bitcoins. Miner haben einen Anreiz, effiziente Hardware zu verwenden und kostengünstige Energie zu verbrauchen, um ihre Gewinnspannen zu optimieren.
- Die Fortschritte bei der Effizienz der Mining-Hardware waren beeindruckend, aber das Tempo der Verbesserungen verlangsamt sich. Die Nutzung der billigsten Energiequellen wird immer wichtiger, um die Betriebskosten zu senken.
- Erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windenergie werden zunehmend wettbewerbsfähig. Die Adaption dieser Energiequellen für den Miningprozess ist ein Trend, der sich wahrscheinlich beschleunigen wird, was zu einer Verringerung des CO2-Fussabdrucks des Bitcoin-Netzwerks beitragen kann.
Miner betreiben ASICs, um Bitcoin-Belohnungen zu verdienen
Anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) sind spezialisierte Hardware-Einheiten, die in dem rechenintensiven Prozess des Bitcoin-Minings verwendet werden. Sie haben die Aufgabe, einen Block von Daten zu «lösen» und ihn der Blockchain hinzuzufügen. ASICs tun dies, indem sie Transaktionsdaten im gesamten Netzwerk zusammenfassen und sie durch einen Verschlüsselungsalgorithmus laufen lassen, um ein beliebiges Ergebnis zu erhalten. In diesem iterativen Prozess müssen die ASICs Milliarden von Vermutungen pro Sekunde anstellen, bis das richtige Ergebnis gefunden ist.
Jede einzelne Berechnung, die ASICs durchführen, wird als Hash bezeichnet, und die Anzahl der Hashes, die ein ASIC pro Sekunde erzeugt, wird als Hash-Rate bezeichnet. Ein einzelner Hash kann als Lotterielos für die Lösung eines Blocks und den Erhalt einer Bitcoin-Belohnung betrachtet werden. Der Anteil eines Miners an der Gesamt-Hashrate des Netzwerks – die Menge an Rechenleistung, die von allen ASICs im Netzwerk erzeugt wird – stellt die Bitcoin-Belohnungen dar, die der Schürfer in einem bestimmten Zeitraum zu verdienen erwarten kann.
Hoher Wettbewerb zwingt Miner zu mehr operativer Effizienz
Das Bitcoin-Mining ist hart umkämpft. Da die Gesamt-Hashrate des Netzwerks steigt, werden Mining-Betriebe, die ihre Hash-Rate nicht proportional skalieren, verwässert und erfahren einen Rückgang der erwarteten Bitcoin-Belohnungen. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, sind die Miner gezwungen, ihre Hashrate ständig zu erhöhen, was zu einem Wettrüsten um die leistungsfähigsten und effizientesten ASICs führt. Das erste Diagramm unten zeigt, wie die Hashrate im Laufe der Zeit zugenommen hat, während das zweite Diagramm zeigt, wie der zunehmende Wettbewerb zu einem Rückgang der durchschnittlichen Einnahmen pro Hash geführt hat.
Um angesichts dieser Wettbewerbskräfte die Gewinnspannen aufrechtzuerhalten, können die Miner entweder effizientere Mining-Hardware einsetzen, die die Hashrate pro verbrauchter Energieeinheit maximiert, oder sie können ihre Mining-Geräte mit der billigsten verfügbaren Energie betreiben.
Die Bedeutung der Energieeffizienz wächst mit der Verlangsamung des Hardware-Fortschritts
In den Anfängen des industriellen Bitcoin-Minings konkurrierten die Miner um die Maximierung der energieeffizienten Hashrate durch den Einsatz der neuesten Generation von ASICs. Schnelle Fortschritte in der Halbleitertechnologie förderten diesen Wettbewerb, da sich ASICs innerhalb weniger Jahre exponentiell verbesserten. Im Vergleich zu ihren Vorgängern aus dem Jahr 2014 sind die heutigen ASICs etwa 36-mal energieeffizienter. Allerdings werden die Effizienzgewinne in der ASIC-Technologie immer geringer, wie das nachstehende Diagramm zeigt.
Angesichts der sich verlangsamenden ASIC-Verbesserungen wird die Dominanz der Hardware als Hauptbestimmungsfaktor für die Rentabilität eines Miners wahrscheinlich abnehmen. Stattdessen wird kostengünstige Energie vermutlich ein immer wichtigerer Faktor werden.
Wirtschaftliche Anreize für Miner, erneuerbare Energien zu nutzen
Für Miningunternehmen besteht ein Anreiz, dort zu agieren, wo die billigste und am besten zugängliche Energie zur Verfügung steht. Die Ausweitung des Betriebs an Orten, die für Solar- und Windkraftanlagen geeignet sind, ist eine zwingende Option. Obwohl diese Energiequellen derzeit Probleme mit der Zuverlässigkeit haben, sind Solar- und Windenergie inzwischen erschwinglicher als fossile Brennstoffe, wie die folgende Grafik zeigt.
Die Bitcoin-Mining-Branche wird auf die Kostenvorteile erneuerbarer Energien aufmerksam. Kürzlich haben einige branchenführende Miner damit begonnen, ihren Betrieb von fossilen Energiequellen loszulösen. So verlagerte Marathon Digital seinen Betrieb von einer kohlebetriebenen Mining-Anlage in Montana zu nachhaltigeren Betrieben, darunter eine windbetriebene Anlage in King Mountain, Texas, im 3. Quartal von 2022. Das Bitcoin Mining Council (BMC), ein globales Forum von Mining-Unternehmen, das 48,4 % des weltweiten Bitcoin-Mining-Netzwerks repräsentiert, schätzte, dass im 4. Quartal 2022 58,9 % des für das Mining von Bitcoin verwendeten Stroms aus erneuerbaren Energiequellen stammte, was eine erhebliche Verbesserung gegenüber den im 1. Quartal 2021 geschätzten 36,8 % darstellt.
Halvings ein Katalysator für die Einführung erneuerbarer Energien
Neben dem Wettbewerb könnten auch sogenannte Bitcoin-Halvings die Einführung von grüner Energie bei Minern beschleunigen. Halvings finden alle 210.000 Blöcke statt, also etwa alle vier Jahre. Wie der Name schon sagt, reduzieren Halvings die Bitcoin-Blockbelohnungen um 50 %, was die Einnahmen der Bitcoin-Miner um fast denselben Betrag senkt, wenn sich der Bitcoin-Preis nicht ändert. Voraussichtlich im Jahr 2024 wird die nächste Halbierung die Blockprämien von 6,25 BTC auf 3,125 BTC pro Block reduzieren. Da der Wettbewerb und die Halbierungen die Miner dazu zwingen, nach Effizienzsteigerungen zu suchen, wo immer dies möglich ist, entdecken die Bitcoin-Miner, dass ökologisch nachhaltige Praktiken die nächste Grenze sein könnten, die es auszuloten gilt. (Global X/mc)