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Seite zuletzt aktualisiert: 29. November 2022

Ethereums Energieverbrauch

Ethereum ist eine grüne Blockchain. Sie benutzt Proof-of-Stake als Konsensmechanismus, der auf Geräten mit niedrigem Stromverbrauch verwendet werden kann und keine schwierige Berechnung zur Teilnahme erfordert. Ethereums Proof-of-Stake Mechanismus sichert das Netzwerk durch die Verwendung von eingesetztem ETH anstatt von aufgewendeter Energie wie bei Proof-of-Work. Der Wechsel zu Proof-of-Stake bedeutet, dass der Energieverbrauch des Ethereumnetzwerks relativ gering ist - im Bereich von 0,01 TWh/a.

Energieverbrauch beim Proof-of-Stake

Die Kosten für den Energieverbrauch jeder Node des Netzwerkes von Ethereum entsprechen ungefähr den Kosten für den Betrieb eines einfachen Laptops.

Viele Artikel schätzen die Energiekosten pro Transaktion, um den Energieverbrauch von Blockchains mit dem anderer Branchen zu vergleichen. Der Vorteil dieser Herangehensweise ist, dass sie leicht zu verstehen ist. Transaktionsbasierte Schätzungen können jedoch irreführend sein, da die Energie, die benötigt wird, um einen Block vorzuschlagen und zu validieren, unabhängig von der Anzahl der Transaktionen in diesem Block ist. Ein Maß für Energieausgaben, das auf Transaktionseinheiten basiert, impliziert, dass weniger Transaktionen zu einem geringeren Energiebedarf führen und umgekehrt mehr Transaktionen zu einem höheren Energieverbrauch führen. Dies ist aber nicht der Fall. Eine Schätzung, die auf Transaktionen basiert, hängt stark davon ab, wie der Durchsatz einer Blockchain-Transaktion definiert ist. Eine Veränderung dieser Definition kann dazu genutzt werden, diesen Wert größer oder kleiner erscheinen zu lassen.

Bei Ethereum ist zum Beispiel der Transaktionsdurchsatz nicht nur der der Basisebene, sondern auch die Summe des Transaktionsdurchsatzes all seiner "Ebene 2" Rollups. Diese werden aber nicht grundsätzlich in Berechnungen berücksichtigt und würden den Transaktionsdurchsatz drastisch reduzieren. Dies ist ein Grund, warum Tools, die den Energieverbrauch pro Transaktion über Plattformen hinweg vergleichen, irreführend sind.

Wichtiger sind der Energieverbrauch und die CO2-Bilanz des gesamten Netzwerkes. Auf Basis dieser Werte kann untersucht werden, was das Netzwerk seinen Benutzern und der Gesellschaft insgesamt anbieten kann, und ob die dafür benötigten Energieaufwendungen gerechtfertigt sind oder nicht. Es kommt hinzu, dass auf Transaktionen basierte Kenngrößen den Wert eines Netzwerkes ausschließlich anhand der Rolle bei dem Transfer von Krypto zwischen Konten bewerten und daher eine ehrliche Kosten-Nutzen-Analyse unterbinden.

CCRI (Crypto Carbon Ratings Institute) hat den Stromverbrauch und den CO2-Fußabdruck des Ethereum-Netzwerks umfassend analysiert (siehe Bericht Der Zusammenschluss - Auswirkungen auf den Stromverbrauch und den CO2-Footprint des Ethereum-Netzwerks). CCRI hat den Stromverbrauch verschiedener Nodes mit verschiedenen Hardware- und Client-Software-Konfigurationen gemessen. Dies führte zu einer Schätzung von 2.601 MWh (0. 026 TWh) für den jährlichen Stromverbrauch des Netzes zum Zeitpunkt der Analyse (September 2022). Das entspricht den jährlichen CO2-Emissionen von 870 Tonnen CO2e unter Berücksichtigung regionaler spezifischer Faktoren der CO2-Intensität.

Digiconomist stellt Daten über den gesamten Energieverbrauch und CO2-Abdruck der Netzwerke Bitcoin und Ethereum bereit. Zum Zeitpunkt dieses Artikels benötigt Bitcoin ungefähr 200 TWh/a elektrische Energie und emittiert 100 MT (Megatonnen) CO2 pro Jahr. Zusätzlich werden jährlich 32 KT (Kilotonnen) elektrische Abfälle durch veraltete Hardware verursacht. Zum Vergleich: Der Energiebedarf für die Sicherung von Ethereum liegt ungefähr bei 0,01 TWh/a.

Die obige Abbildung zeigt den geschätzten jährlichen Energieverbrauch verschiedener Branchen in TWh/a (abgerufen im Juni 2022). Bitte beachten Sie, dass die Schätzungen, welche in der Grafik dargestellt sind, aus öffentlich zugänglichen Quellen stammen, die im nachfolgenden Text verlinkt sind. Die Abbildung dient der Veranschaulichung und stellt keine offizielle Schätzung, Zusage oder Vorhersage dar.

Um den Energieverbrauch von Ethereum in Kontext zu setzen, kann man jährliche Schätzungen des Energieverbrauchs anderer Branchen miteinander vergleichen. Versteht man Ethereum als eine Plattform zur sicheren Verwahrung von digitalen Vermögenswerten, dann kann man es mit dem Abbau von Gold vergleichen. Dessen Energiebedarf wird auf ca. 240 TWh/a geschätzt. Als digitale Zahlungsplattform könnte man einen Vergleich mit PayPal (geschätzter Verbrauch ca. 0,26 TWh/a) durchführen. Begreift man Ethereum hingegen als Unterhaltungsplattform, kann man einen Vergleich mit der Gaming-Industrie durchführen. Deren Verbrauch wird auf 34 TW/a allein in den Vereinigten Staaten geschätzt. Schätzungen für den Energieverbrauch von Netflix variieren dramatisch und liegen im Bereich von 0,45 TWh/a (Schätzungen von Netflix aus dem Jahr 2019) bis zu 94 TWh/a (geschätzt von Shift Project). Auf Carbon Brief werden die den Schätzungen zugrunde liegenden Annahmen diskutiert. Ethereum kann alternativ auch mit YouTube verglichen werden. Die Plattform verbraucht ca. 244 TWh/a, wobei der Energieverbrauch stark von der Art des verwendeten Streaming-Geräts und der unterlagerten Übertragungsinfrastruktur wie z. B. Datencentern abhängt. Es gibt Schätzungen, nach denen der Energieverbrauch von YouTube nach Kanal und individuellen Videos aufgeteilt wird. Diese Schätzungen implizieren, dass Menschen, die im Jahr 2019 Gangnam Style angesehen haben, 45 Mal mehr Energie verbraucht haben als Ethereums Proof-of-Stake in einem Jahr benötigt.

Eine grüne Anwendungsebene

Während Ethereums Energieverbrauch sehr niedrig ist, gibt es auch eine beträchtlich wachsende und sehr aktive Gruppe, das regenerative Finanzwesen (ReFi), das auf Ethereum aufbaut. ReFi-Anwendungen verwenden DeFi-Komponenten, um Finanzanwendungen zu erstellen, die positive externe Effekte auf die Umwelt haben. ReFi ist Teil einer größeren „Solarpunk" Bewegung, die eng mit Ethereum abgestimmt und darauf ausgerichtet ist, technologischen Fortschritt und Umweltverantwortung miteinander zu verbinden. Die dezentralisierte, zustimmungsfreie, zusammensetzbare Natur von Ethereum macht es zur idealen Basisschicht für die ReFi- und Solarpunk-Gemeinschaften. Durch die Entwicklung dieser Anwendungen (und anderer, z. B. DeSci) wird Ethereum zu einer umweltfreundlichen und sozial positiven Technologie.

Ethereums Kohlendioxid-Schuld

Zurzeit ist Ethereums Energieverbrauch sehr niedrig, aber dies war nicht immer so. Ethereum hat im 3. Quartal 2022 seinen Proof-of-Stake Konsensmechanismus aktiviert. Allerdings verwendete Ethereum 2014-2022 einen Proof-of-Work Mechanismus, der mit viel höheren Umweltkosten verbunden war.

Ethereum hat seit seiner Gründung darauf abgezielt, einen Proof-of-Stake Konsensmechanismus zu verwenden. Es waren allerdings Jahre intensiver Forschung und Entwicklung nötig, um Sicherheit und Dezentralisierung nicht zu verringern. Zu Beginn des Netzwerks wurde daher ein Proof-of-Work Mechanismus verwendet. Proof-of-Work Konsensmechanismen benötigen Miner und deren Computer-Hardware, um Rätsel zu lösen. Das Lösen dieser Rätsel verbraucht Energie. Die Lösung des Rätsels zeigt dann, dass durch den Miner ein realer Wert in Form von Energie aufgewendet wurde, um das Recht des Hinzufügens zur Blockchain zu erhalten. Während des Scheitels des Krypto-Bullen-Marktes im Februar 2022 betrug der Spitzenwert des gesamten Energieverbrauchs von Ethereum 94 TWh/Jahr. Im Sommer vor der Umstellung auf Proof-of-Stake lag der Energieverbrauch ungefähr bei 60 TWh/Jahr, vergleichbar mit dem von Usbekistan. Der CO2-Ausstoß war vergleichbar mit dem von Aserbaidschan (33 MT/Jahr).

CCRI hat die Auswirkungen der Zusammenführung von Ethereum von Proof-of-Work zu Proof-of-Stake untersucht. Die Ergebnisse unterstreichen die erheblichen Auswirkungen der Änderung des Konsensprotokolls: Der jährliche Stromverbrauch wurde von 22, 00.320 MWh auf 2.601 MWh und damit um mehr als 99. 88 % verringert. Ebenso wurde Ethereums CO2-Fußabdruck um etwa 99,992 % verringert (von 11.016.000 auf 870 Tonnen CO2). Metaphorisch gesehen entspricht dies einer Reduzierung der Emissionen von der Höhe des Eiffelturms auf eine kleine Spielzeugfigur, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Vergleich des Energieverbrauchs von Ethereum vor und nach der Zusammenführung. Auf der linken Seite befindet sich der Eiffelturm mit 330 Metern Höhe und rechts eine Plastikfigur mit 4 cm Höhe, durch eine Lupe betrachtet.

Proof-of-Work und Proof-of-Stake sind beides Mechanismen, die dazu dienen, zu entscheiden, wer den nächsten Block zur Blockchain hinzufügen darf. Tauscht man Proof-of-Work gegen Proof-of-Stake aus, entfällt der Bedarf an Minern, die Energie verbrauchen um zur Blockchain hinzufügen zu dürfen, da bei Proof-of-Stake der Echtwert aus in intelligenten Verträgen eingesetztem ETH kommt. Die Umweltbelastung zur Sicherung des Netzwerkes wird daher drastisch verringert.

Warum Proof-of-Stake grüner als Proof-of-Work ist

Proof-of-Work ist eine robuste Art, das Netzwerk zu sichern. Transaktionen auf der Ethereum-Blockchain wurden im früher verwendeten Proof-of-Work System durch Miner validiert. Miner bündelten Transaktionen in geordneten Blöcken und fügten diese der Ethereum-Blockchain hinzu. Die neuen Blöcke wurden an alle Node-Betreiber übertragen. Diese führten dann unabhängig die Transaktionen durch und verifizierten, dass diese gültig sind. Jede Unehrlichkeit zeigte sich als Inkonsistenz zwischen den verschiedenen Nodes. Ehrliche Blöcke wurden zur Blockchain hinzugefügt und somit zu einem unveränderlichen Teil des Verlaufs. Damit Miner neue Blöcke hinzufügen können, muss das Minen etwas kosten. Zudem benötigt es eine gewisse Unvorhersehbarkeit, über welche Node der nächste Block hinzugefügt wird. Diese Bedingungen werden durch das Erzwingen von Proof-of-Work erfüllt. Ein Miner muss als Erster eine Lösung zu einem rechenintensiven Rätsel präsentieren, um das Recht zu erlangen, einen Block von Transaktionen zu versenden. Möchte ein betrügerischer Miner erfolgreich die Kontrolle über die Blockchain übernehmen, müsste er in Hardware investieren und viel Energie aufbringen, um permanent das Proof-of-Work Rennen gegen die Mehrheit der Miner zu gewinnen.

Der Proof-of-Work Mechanismus zur Sicherung des Netzwerkes ist aus mehreren Gründen problematisch. Zum einen könnten Miner ihre Erfolgswahrscheinlichkeit durch das Investieren in immer stärkere Hardware steigern und so ein Wettrüsten für immer energieintensivere Hardware auslösen. Dieses erhöht den Energieverbrauch des Netzwerkes und erzeugt Hardware-Verschwendung. Zum anderen hatte Ethereums Proof-of-Work Protokoll (vor dem Übergang zu Proof-of-Stake) einen jährlichen Energieverbrauch wie Finnland 1 und einen CO2-Abdruck vergleichbar mit dem der Schweiz1.

Proof-of-Stake verwendet Validatoren anstelle von Minern. Validatoren erfüllen den gleichen Zweck wie Miner, nur dass sie anstelle einer Vorleistung in Form von Energieverbrauch ETH als Sicherheit gegen unehrliches Verhalten einsetzen. Das eingesetzte ETH kann zerstört werden, falls der Validator sich missbräuchlich verhält. Die Strafen stehen dabei im Einklang mit der Art des Fehlverhaltens. Es besteht entsprechend ein starker Anreiz zur aktiven und ehrlichen Teilnahme an der Sicherung des Netzwerkes ohne größere Energieaufwendungen. Da fast die gesamte Energie, die für die Sicherung des Proof-of-Work-Netzwerkes ausgegeben wurde, vom Mining-Algorithmus stammte, senkte der Umstieg auf Proof-of-Stake die Energiekosten dramatisch. Bei Proof-of-Stake erhält man auch keinen Vorteil mehr, wenn man in bessere Hardware investiert. Es gibt also keine Bedingungen für ein Wettrüsten und entsprechend weniger Elektronik-Abfälle. Ethereum-Validierer können auf typischen Laptops oder Geräten mit niedrigem Energieverbrauch wie z. B. Raspberry Pi verwendet werden.

Erfahren Sie mehr darüber, wie Ethereum Proof-of-Stake verwendet und wie es mit Proof-of-Work vergleichbar ist.

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Wenn Sie der Meinung sind, dass diese Statistiken fehlerhaft oder zu ungenau sind, kommunizieren Sie diese Bedenken bitte oder wenden Sie sich an die PR-Abteilung. Es handelt sich um Schätzungen des Teams von Ethereum.org, das öffentlich zugängliche Informationen und die aktuelle Ethereum-Roadmap nutzt. Diese Aussagen stellen kein offizielles Versprechen der Ethereum Foundation dar.

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