Die Blockchain wird energieeffizienter

Blockchains haben ein enormes Potenzial für den Umwelt- und Klimaschutz, zum Beispiel um die Nachhaltigkeit von Lieferketten und die CO2-Emissionen bei der Herstellung von Produkten nachzuverfolgen. Mittlerweile können Blockchains wesentlich nachhaltiger als bisher gestaltet werden. Diese neueren Verfahren sind in den meisten Anwendungsfällen zudem genauso leistungsfähig wie die Methoden der ersten Generation. Zu diesem Ergebnis kommt eine am 15. September veröffentlichte Studie „Nachhaltigkeitskriterien Blockchain“ des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie, die das Bundesumweltministerium in Auftrag gegeben hatte.

Bundesumweltministerin Svenja Schulze (SPD): „Die öffentliche Wahrnehmung der Blockchain-Technologie ist vor allem durch den Bitcoin geprägt, was sie teilweise in Verruf gebracht hat. Mit Blockchains lassen sich aber auch viele komplexe Probleme lösen, da sie dezentral aufgebaut und fälschungssicher sind.“ Blockchains könnten vielseitig für den Umwelt- und Klimaschutz eingesetzt werden, etwa für den Stromhandel, bei Lieferketten oder im Emissionshandel. Dafür müssen sie allerdings nachhaltiger und wesentlich energie- und ressourcenärmer eingesetzt werden als bei Anwendungen der ersten Generation.

Die Studie des Wuppertal-Instituts empfiehlt daher, Blockchains nachhaltig an drei Kriterien auszurichten:

• Erstens sollten Blockchains verstärkt dort eingesetzt und gefördert werden, wo sie gesellschaftliche und technische Veränderungen unterstützen, die im Sinne des Umwelt- und Klimaschutzes wirken.
• Zweitens sollten Blockchains nicht nach dem Verfahren der ersten Generation aufgesetzt werden, wie es für Bitcoin und andere Kryptowährungen üblich ist. Das Design einer Blockchain muss von Anfang an energiesparsam und ressourcenschonend ausgerichtet sein. Das heißt auch, dass die Hardware für eine Blockchain über lange Zeiträume nutzbar sein muss. Dies ist mit neuen Anwendungen auch möglich.
• Drittens sollten klimaschädliche Blockchains auf alternative, nachhaltigere Methoden umgestellt oder als letztes Mittel sogar außer Betrieb genommen werden.

Im Mittelpunkt des Wandels zu energieeffizienteren Blockchains steht auf Ebene der Software vor allem der sogenannte "Konsensmechnismus", der die Authentizität eines Prozesses sicherstellen soll. Hier empfehlen die Autoren der Studie einen Wechsel von dem bei Kryptowährungen weit verbreiteten "Proof of Work" zu einem "Proof of Stake". Statt also eine Transaktion über das geleistete Maß an (Rechen-)Arbeit zur Lösung eines mathematischen Rätsels zu bestätigen wird über eine gewichtete Zufallsauswahl bestimmt, welcher Teilnehmer einer Blockchain den nächsten Block erzeugen darf. Damit sinkt der Bedarf an benötigten Rechenleistung drastisch.

Allerdings räumen die Autoren ein, dass sich das Maß an eingesparter Energie durch einen Wechsel zu Proof of Stake noch nicht genau beziffern lässt: "Belastbare quantitative Daten zu Energie- und Umweltverbrauch dieser Verfahren liegen dabei nicht vor." Hier bestehe Forschungsbedarf. Zudem ist die Weiterentwicklung der sogenannten Distributed-Ledger-Technologien noch in vollem Gange: So existieren viele weitere Konsensmechanismen und es kommen ständig weitere hinzu.

Als sinnvolle Einsatzfelder für nachhaltig betriebene Blockchain-Anwendungen empfiehlt die Studie folgende drei Bereiche:

Stromhandel und Stromnetze: Die Blockchain-Technologie kann als Baustein für die Herausforderungen der Energiewende genutzt werden. Der direkte Handel zwischen Erzeugenden und Verbrauchenden birgt große Potenziale – gerade für die Marktintegration von kleinen und flexiblen Energieerzeugungsanlagen –, bringt allerdings auch neue Herausforderungen mit sich. Der direkte Handel kann der Energiewende neuen Schub verleihen, sofern es gelingt, auch Aspekte wie die Netzstabilität und Versorgungssicherheit zu integrieren.

Lieferketten: Für Produzenten und Konsumenten kann die Blockchain-Technologie für eine verlässliche Zusammenarbeit und Transparenz in komplexen Lieferkettensystemen mit vielen Wertschöpfungsschritten sorgen. So wird der CO2- und Ressourcenabdruck eines Produkts besser sichtbar und die Lieferkette kann zugleich auch betriebswirtschaftlich leichter optimiert werden.

Emissionshandel: Auch für den Emissionshandel kann ein Blockchain-basiertes System einen deutlichen Mehrwert bieten, indem beispielsweise Kohlenstoffgutschriften als digitale Assets mittels Blockchain verwaltet werden. Das ermöglicht den dezentralen und verifizierten Handel in einem einzigen System.

Die Studie "Blockchains nachhaltig gestalten" kann von der Webseite des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie heruntergeladen werden.