Energiewende per Blockchain? – Digitale Perspektiven des Umweltschutzes

solarpark-1288842_640Die Ankündigung Donald Trumps, aus dem Pariser Klimaabkommen auszusteigen, war für viele Beobachter ein Schock. Sie bietet jedoch gleichzeitig auch die Chance, Themen wie Umweltschutz, CO2-Ausstoß und Klimaneutralität wieder verstärkt ins Bewusstsein zu rücken.

Die technologischen Fortschritte im Digitalisierungsprozess eröffnen neue Möglichkeiten. Wie kann beispielsweise der wachsende Stromverbrauch durch Elektroautos und Internet of Things-Anwendungen ökologisch gedeckt werden? Eine Lösung wäre ein virtuelles intelligentes Stromnetz auf Blockchain Basis.

83% der Menschen in Deutschland wünschen sich laut BDEW-Energiemotor einen langfristigen Umstieg auf grüne Energien. Dessen Produktion wird auch wirtschaftlich immer interessanter: Solarenergie, Wind- und Wasserkraft sowie Biogas erreichen einen stetig wachsenden Marktanteil, während die Nachfrage nach fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl und Kernenergie vermehrt zurückgedrängt wird.

Der Energiewandel führte zunächst zur Entwicklung vieler kreativer Einzellösungen. Ziel war es, von Beginn an effizientere und günstigere Wege zu nachhaltigen Energiequellen zu finden und diese später massentauglich zu machen. Staatliche Förderungen ermöglichten dieses Ziel. Photovoltaik-Paneele und Batterien für Industrie und Privathaushalte wurden erschwinglicher, aber auch durch die hohen Investments in Produktionsanlagen konnten die Preise über Massenherstellung gedrückt werden. So kann 2017 ein Watt Solarstrom bereits für unter 1$ produziert werden. Ein Wert, der ursprünglich für 2020 prognostiziert wurde.

Gesellschaftliche Akzeptanz wächst, technische Schwierigkeiten bleiben

Die gesellschaftliche Akzeptanz von Elektroautos bzw. Elektro-Transportmitteln steigt, wohl vor allem aufgrund eines erhöhten allgemeinen Umweltbewusstseins. Die technischen Herausforderungen wie die Reichweitenproblematik und Ladedauer werden gerade Stück für Stück gelöst, womit sich auch die Bedenken von deutscher Autofahrern gegenüber Elektroautos Stück für Stück minimieren. Jedoch stellt die Realität des Energiemarkts häufig ein Hindernis für die großen umweltfreundlichen Visionen der Zukunft dar. Denn komplexe, sich gegenseitig bedingende Faktoren in der Infrastruktur und des Strommarkts machen die Umsetzung des Energiewandels kompliziert.

Ein Infrastrukturproblem ist die schwankende Energiegewinnung aufgrund des Wetters. Sie führt zu unregelmäßigen Einspeisungen ins Stromnetz, die dann durch fossile Brennstoffe ergänzt werden müssen, um eine konstante Netzspannung zu halten. Sind die Schwankungen zu groß, drohen Stromausfälle oder Notabschaltungen und können zu Überspannungsschäden in sensiblen Fabriken und vollautomatisierten Anlagen (Industrie 4.0) führen. Und genau diese schwankenden erneuerbaren Energien machen dem Strommarkt einen Strich durch die genau zu prognostizierende Strom-Einkaufsrechnung. Wegen der komplexen Abstimmungsschwierigkeiten und mangelnder Vorhersagekraft kommt es zu Unter- und Überversorgun im Netz, daurch fallen für Netzbetreiber jährlich zusätzliche Kosten in Millionenhöhe an. Unter anderem entsteht derzeit regelmäßig volkswirtschaftlicher Schaden durch das Weiterleiten von überschüssiger subventionierter erneuerbarer oder fossiler Energie ins Ausland, wo der Strom unter Herstellungswert verkauft wird.

Mit Smart Meter und Smart Grid zum intelligenten Stromnetz der Zukunft

Ein erster Schritt zu einem ausgeglichenen Stromnetz ist die Verbreitung von sogenannten Smart Metern. Das sind intelligente und vernetzte Stromzähler. Im 2016 beschlossenen „Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende“ wurde festgelegt, dass bis 2032 alle analogen Stromzähler in Haushalten und Industrien durch diese modernen Stromzähler ersetzt werden sollen. Die von Datenschützern kritisierten Geräte sind Teil der Internet of Things (IoT)-Anwendungen. Sie messen in Echtzeit den Energieverbrauch und senden diesen an den Stromversorger (E.ON, Vattenfall etc.).  Der kann daraufhin kalkulieren, wie viel Strom er produzieren und schließlich in das Stromnetz einspeisen muss.

Auf der Suche nach der Zwischenspeicher-Lösung

Vernetzt man diese Daten mit allen am Strommarkt beteiligten Akteuren, entsteht ein intelligentes Stromnetz, das sogenannte Smart Grid. Dieses automatisierte System berechnet entsprechend Bedarf und Nachfrage. Strom-Überkapazitäten können so eingespart und (volks-)wirtschaftlicher Schaden minimiert werden. Aber auch wenn Bedarf und Nachfrage jetzt besser geregelt werden können, besteht das Problem der Zwischenspeicherung von nichtplanbaren, da wetterabhängigen grünen Energiequellen weiterhin.

Um den Ökostrom zwischenzuspeichern, wetteifern Automobilhersteller und andere Unternehmen längst um die besten Lösungen. Geht man davon aus, dass heutige Autos zu 90% ihrer Zeit nicht bewegt werden, könnten Elektroautos, welche im Prinzip nur mobile Batterien sind, als kleine und hochflexible Pufferkraftwerke genutzt werden. Tesla hat mit der Entwicklung seines Powerpacks für Privathaushalte dem Speichermarkt maßgeblich einen neuen Schub verliehen. Aber auch deutsche Autobauer forschen erfolgreich an Stromspeichern und eröffnen Batteriefabriken für ihre Elektroautos.

Werden diese Batterieanlagen und Elektroautos in Zukunft dem Stromnetz hinzugefügt, stellt das wiederum die Frage: Wie regelt man die tausenden dezentralen und verstreuten Energiequellen von Industrie (Solarpark, Windparks, Wasserkraftanlagen, Biogasanlagen) und Haushaltsseite (mit ca. 1,5 Millionen Kleinstromerzeugern in Deutschland)? Wer speist wann Strom ins Netz ein und welche Klein- und Großspeicher horten den gerade nicht benötigten Strom? Hinzu kommt: Als Stromabnehmer kommen in den nächsten Jahren weitere digitale Großverbraucher wie Industrie 4.0 Fabriken, Internet of Things-Anwendungen und Smart Homes hinzu. Auch diese produzieren letztlich Daten, die in die Berechnung von Angebot und Nachfrage mit einfließen.

Ein so komplexes System von Teilnehmern und Wechselwirkungen braucht eine technologische Lösung. Die könnte in Form einer, dieses “Internet of Energy” steuernde Blockchain gefunden werden. 

Mit Blockchaintechnologie zum umweltfreundlicheren Energieverbrauch

Früher war das Stromnetz über eine Top-Down Hierarchie gegliedert, sprich: Es gab nur eine Richtung für den Stromverkehr. Die neuen dezentralen Energiequellen erfordern jedoch eine Lösung, die dezentral koordiniert wird und gleichzeitig ein synchronisiertes Steuern und “Mitdenken” ermöglicht. Eine Blockchain kann genau das liefern, da sie eine offene, aber verteilte Datenbank ist, auf denen die Verbrauchs- und Erzeugungsdaten aus u.a. den Smart Metern gespeichert und fortwährend synchronisiert werden können. Sie ermöglicht damit eine Echtzeit-Koordinierung von Produktion und Speicherung über ganze Regionen hinweg.

Doch neben der Synchronisierung aller dezentralen Teilnehmer am Stromnetz löst die Blockchain auch die buchhalterische Hürde der kostengünstigen Speicherung aller Zu- und Abgänge von Strombedarf oder -leistung. Davor waren Transaktionen von winzigen Beträgen über Einspeisung, Abwicklung und Zahlungen wirtschaftlich unrentabel. Smart Contracts könnten eine Lösung für diese wirtschaftlichen Mikrotransaktionen sein. Während die Blockchain nur eine Datenbank ist, regeln Smart Contracts den Austausch zwischen den Teilnehmern. Sie sind als selbstausführende Verträge zu verstehen und ermöglichen Handlungen innerhalb der von ihnen vorgegebenen Rahmen. Sie stellen zusammen mit den Smart Grids den Schlüssel zur Automatisierung und Skalierung von aufwendigen Prozessen dar.

Blockchain und Smart Contracts machen viele Strommarkt-Akteure überflüssig

Diese Art von Smart Contracts macht auch zentrale Vermittler überflüssig: Verträge können nun einfach zwischen dem Stromproduzenten und Abnehmer geschlossen werden. So werden plötzlich lokale oder nachbarschaftliche “Strommarktplätze” möglich: Wird durch Abwesenheit der Haushaltsmitglieder der durch Solar Panels auf dem Dach erzeugte Strom nicht genutzt, kann er an örtliche Unternehmen oder öffentliche Institutionen, die tagsüber Strom benötigen, weiterverkauft werden. Ein solches Customer-to-Business (C2B) Geschäftsmodell erarbeiten RWE and ConsenSys mit ihrem Marktplatz Co-Tricity. Im New Yorker Stadtteil Brooklyn wird zur Zeit in einem ersten weltweiten Versuch ein solcher Peer-to-Peer Marktplatz von Siemens und LO3 Energy getestet. Hier tauschen Nachbarn den Strom untereinander aus. Auch in Deutschland gibt es eine ähnliche Strom-Community: So hat das Unternehmen Sonnen GmBH kürzlich eine erste dezentrale Energiegemeinschaft gegründet.

Diese Potentiale von Blockchain können und werden in der Energiebranche nicht ignoriert: die vier großen Energiekonzerne E.ON, Vattenfall, REW und EnBW sowie weitere kleinere Konzerne beschäftigen sich intensiv mit der Blockchain und ihrer Kombinationsmöglichkeit mit Smart Grid. Sie forschen und investieren damit an einer Technologie, mit der sie in der Zukunft den größten Teil ihrer Geschäftszweige selbst abschaffen. Tun sie das allerdings nicht, werden sich die nächsten Googles, Facebooks und Amazons auf diesen riesigen und lukrativen Markt des Internet of Energy stürzen und die alten Platzhirsche vom Platz fegen. Bereits jetzt streben Startups auf den Markt, die genau diese Lücke zu schließen versuchen, wie etwa das deutsche Startup StromDAO.

Fazit

Durch den erhöhten Energieverbrauch wird die Lösung der Energiefrage für die ganze Gesellschaft nicht nur aus Klima- sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht wichtiger. Die digitalisierte Energiebranche steht vor großen Umwälzungen: Kombiniert man die vorhandenen Internet of Things-Anwendungen (SmartMeter, Smart Grid) mit der Blockchain-Technologie entsteht eine neue Energiewelt, in der Vermittler wegfallen, womit die regionale und lokale Stromversorgung vereinfacht wird. Damit kann ressourcensparend und ökologisch sinnvoll Strom produziert werden. Auch die Ziele aus dem Pariser Klimaabkommen könnten so leichter erreicht werden.

Bis dahin sind jedoch noch einige Hürden zu meistern: Wärend Smart Meter bereits in einigen Industriebranchen eingesetzt und Smart Grid-Modellprojekte erprobt werden, ist der Weg hin zur Smart City – der vernetzten intelligenten Stadt – wie sie die Bundesregierung in der Digitalen Agenda beschrieben hat, noch weit entfernt. Während Prototypen entwickelt werden, große Energiekonzerne forschen und investieren und Startups sich mit ihren Projekten in einem Proof of Concept befinden, kämpfen diese Pioniere mit unzähligen Regulierungen auf nationaler und internationaler Ebene, denn: Staatliche Akteure und Lobbyverbände halten an fossilen Brennstoffen fest. Bis die neue digitale Blockchain-Energiewelt Wirklichkeit wird, werden deshalb noch einige Jahre vergehen.

Titelbild: Solarpark, by hpgruesen on Pixabay, CC0 1.0

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2 Antworten auf Energiewende per Blockchain? – Digitale Perspektiven des Umweltschutzes

  1. Patrick Fahrun sagt:

    Hallo Valerie,

    interessanter Beitrag, der eine mögliche Richtung im Rahmen der Energiewende aufzeigt. Als Halb-BWLer, Halb-Techi kann ich mir allerdings nicht vorstellen, dass die Blockchain-Technologie eine Lösung für die Speicherung der Smart-Meter Daten darstellt. Denn die dezentrale Haltung bringt auch viele Performance-Probleme mit sich wie aktuelle Probleme in der Bitcoin und Ethereum Blockchain zeigen. (Bei Bitcoin siehe hierzu insb. die riesige Diskussion zwischen Minern und Developern über die technologischen (erforderlichen) Veränderungen).

    Allerdings kann ich mir sehr gut vorstellen, dass die Blockchain-Technologie zentraler Bestandteil der Vertragsverwaltung (Smart-Contracts) wird und Energie mit einer eigenen Währung oder zum Beispiel in Form von ETHs gehandelt wird. Die Fülle an Smart-Meter Daten muss dabei allerdings weiter durch zentrale Datenbanken der großen Stromnetz-Betreiber oder unabhängigen Dritten gemanaged werden, die die Masse an Daten auch verarbeiten können und sie um personenbezogene Daten bereinigen.

    Spannendes Thema.

    Viele Grüße
    Patrick

  2. Valerie Rödder sagt:

    Hallo Patrick,

    Danke für deinen Kommentar.

    Die Bitcoin-Blockchain eignet sich meiner Meinung nach nicht für den Strommarkt. Ursprünglich entworfen für die Anwendung von Kryptowährungen, benötigt sie weiteren Protokolle, um die für den Strommarkt notwendigen Smart Contracts abbilden zu können. Diese weiteren Protokollschichten machen aber die Infrastruktur sicherheitsanfälliger. Außerdem müssen die Menge der Smart Meter- und Smart Contracts-Daten auf einer externen Datenbank gespeichert werden. Die Ethereum-Blockchain eignet sich besser dafür, durch den steigenden Kurs könnte sie aber bald nicht mehr rentabel sein. Die verschiedenen Unternehmen in der Energiebranche arbeiten deshalb jeweils an eigenen passenden Blockchainvarianten mit eigener Währung, die auch teilweise nur für Bereiche wie z.B. Windkrafträder eingesetzt werden sollen. So können Daten besser gemanagt und das Performance-Problem zumindest eingedämmt werden.
    Die Entwicklung bleibt spannend.

    Viele Grüße,
    Valerie

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