Warum Blockchain für Energie grüne Second-Layer-Lösungen braucht

Seit dem Kryptowährungsboom hat die Blockchain-Technologie Innovationen in verschiedenen Branchen wie dem Gesundheitswesen, dem Bildungswesen, der Immobilienbranche, dem Versicherungswesen, der Liefer- und Logistikbranche, der Vermögensverwaltung, der Musikbranche und vielen anderen Branchen ermöglicht.

In diesem Beitrag liegt unser Schwerpunkt auf dem elektrischen Energiemanagement. Viele Lösungsanbieter erforschen ständig die unglaublichen Möglichkeiten der Blockchain-Technologie im Energie- und Versorgungssektor. Die Anwendung von Blockchain im Energiesektor könnte in den Bereichen Netzmanagement, Automatisierung, Kommunikation, Abrechnung, Vertrieb und Marketing, Zählerwesen und Datenübertragung, Mobilität und Sicherheit erfolgen.

Hive Manager zum Beispiel ist eine digitale Smart-Grid-Lösung, die die Blockchain-Technologie nutzt, um die Energieverteilung in Gemeinschaften von Nutzern erneuerbarer Energien zu verwalten. Die Energieverteilung ist dezentralisiert, die Abrechnung erfolgt automatisch, und wir erreichen durch solche Innovationen der Blockchain-Technologie ein optimales Netz.

Herausforderungen der Blockchain-Technologie.

Die Blockchain-Technologie birgt jedoch auch ihre Herausforderungen, oder Trilemma, wie wir es technisch nennen. Das Trilemma basiert auf drei Blockchain-Konzepten, nämlich Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung. Laut Vitalik Buterin kann man nicht alle drei Eigenschaften gleichzeitig steigern; man müsste den anderen Faktor aufgeben, um zwei zu maximieren.

Jeder dieser Faktoren hat einen gewissen Einfluss auf verschiedene Blockchain-Anwendungen. Im Energiesektor ist jedoch die Skalierbarkeit der Blockchain-Technologie am wichtigsten, vor allem weil die Verwaltung eines Stromnetzes eine enorme Datenmenge erfordert. Die Überwachung und Kontrolle der Energiewerte, die Abrechnung, die intelligente Reaktion und die Kommunikation auf der aktuellen Blockchain-Plattform können eine solche Datenmenge nicht in der erforderlichen Zeit bewältigen.

Nehmen wir an, es gibt eine kleine Stadt mit 700.000 Wohnungen, die an ein lokales Stromnetz angeschlossen sind. Jede Wohnung hat einen intelligenten Zähler, der Spannung, Leistung, Frequenz, Energieverbrauch und Abrechnung in Echtzeit überwacht. Ein solches Netz kann eine Transaktionsrate von über tausend Einheiten in einer Sekunde erzeugen. In einer Blockchain entspricht die Transaktionsrate der durchschnittlichen Anzahl der pro Sekunde geschürften Blöcke.

Nun zu etwas Schockierendem: Bitcoin verarbeitet im Durchschnitt nicht mehr als fünf Transaktionen pro Sekunde, Ethereum dagegen zwanzig Transaktionen pro Sekunde. Erstaunlich, oder? Nach unserer obigen Annahme bräuchten wir eine Transaktionsrate von über 1000/s, um eine solche Spanne des Grid-Netzwerks effektiv zu verwalten. Wie können wir das erreichen?

Blockchain-Technologie und Energieverbrauch

Etwas sehr Bemerkenswertes an dieser Stelle ist die Menge an Rechenleistung, die zum Mining von Blöcken bekannter Kryptowährungen wie Bitcoin und Ethereum benötigt wird. Diese beiden Blockchain-Entitäten verwenden ein Peer-to-Peer-Protokoll namens Proof of Work (PoW), um neue Blöcke oder Kryptowährungen zu schürfen, indem sie ein kryptografisches mathematisches Problem lösen, so dass es einen Wettlauf zwischen den Peers im Netzwerk gibt, um es zuerst zu lösen.

Um die Oberhand zu behalten, muss man eine höhere Rechenleistung haben. Eine höhere Rechenleistung ist gleichbedeutend mit einem höheren Energieverbrauch. Kein Wunder, dass das Mining von Ethereum schätzungsweise 8,35 TeraWattStunden pro Jahr verbraucht; das ist die durchschnittliche Energiemenge, die Honduras im vergangenen Jahr verbraucht hat.

Stellen Sie sich vor, dass diese Menge an Energie nur für eine Mining-Rate von zwanzig Transaktionen/Blöcken pro Sekunde für Ethereum verbraucht wird, und wir haben es mit einer Transaktionsrate von über 1000/s für ein Netzwerk von Energieverbrauchern in einer Blockchain zu tun. Diese Lösung wird zu einem übermäßigen Energieverbrauch führen und ist daher nicht nachhaltig.

Die Skalierbarkeit der Blockchain hat auch die Hürde der Datenspeicherung. Jedes Haus bräuchte genügend Speicherplatz, um die gesamte Transaktionshistorie zu speichern. Das Transaktionsbuch von Bitcoin hatte Anfang 2019 eine Größe von 210 GB, und es wächst jährlich um 50 GB. Stellen Sie sich nun vor, alle Energiedatensätze von Millionen von Haushalten in einem Netz zu speichern, ganz zu schweigen von den damit verbundenen Einschränkungen des Datenschutzes.

Forscher haben verschiedene Verbesserungen empfohlen, um die Skalierbarkeit der Blockchain zu ermöglichen. Die bemerkenswerteste davon ist jedoch die Second-Layer- oder Off-Chain-Lösung.

Was bedeutet Second-Layer-Solution?

Der Second-Layer- oder State-Channel ist eine Plattform außerhalb der Blockchain, die eine Peer-to-Peer-Transaktion zwischen zwei sich einigenden Parteien und einer dritten, überwachenden Partei, die den Wert der Transaktion garantiert, umfasst.

Lösungen der zweiten Schicht sind wie Zahlungskanäle mit hohen Transaktionsraten und blitzschnellen Verarbeitungsmöglichkeiten, aber sie sind immer noch mit der Blockchain verbunden. Am Ende der Transaktionen in der zweiten Schicht schreibt das System den Wert zurück in die Hauptkette/Blockchain.

Bitcoin, Ethereum und andere Blockchains haben Off-Chain-Lösungen entwickelt, die sofortige Transaktionen zwischen Peers ermöglichen, wie z. B.;

• Lightning network von bitcoin,
• Raiden von Ethereum, und
• Dreifaltigkeit von Neo

Das Lightning Network beispielsweise hat eine geschätzte Transaktionsrate von 1.000.000/s, während Raiden als unendlich gilt.

Vor- und Nachteile von Second-Layer-Lösungen.

Die Off-Chain-Lösung hat die Möglichkeiten der Skalierung von Blockchains ins Unermessliche gesteigert. Was auf der Blockchain unmöglich schien, können wir außerhalb der Blockchain durchführen und nach einer Transaktion/einem Vertrag zurück auf die Blockchain übertragen.

Im Folgenden wird ein Überblick über die Vorteile und Grenzen der Lösungen der zweiten Schicht gegeben.

DieTransaktions-/Mining-Gebühr ist im Vergleich zur Haupt-Blockchain niedrig und unabhängig vom übertragenen Wert.Sie können nur an eine Partei pro Kanal überweisen; Sie können jedoch mehrere Kanäle haben.Off-Chain ermöglicht eine sichere und private Zahlung. Transaktionen werden sofort und ohne Beteiligung der Blockchain durchgeführt. Die Gesamtkapazität des Netzwerks wächst linear mit der Anzahl der Akteure im Netzwerk.

Schauen wir uns nun an, wie sie den Energiesektor beeinflussen.

Wie Second-Layer-Lösungen eine nachhaltige Blockchain für Energie ermöglichen können

Lösungen der zweiten Schicht ermöglichen die Verwaltung eines Netzes von beträchtlicher Größe, ohne dass man sich um die Latenzzeit oder den Durchsatz der Transaktionen kümmern muss. In der Regel können wir Millionen von Energiezählern in einem dezentralen Netz zusammenschließen und die Datenverarbeitung effektiv verwalten.

Schließlich ist die Energie, die durch die zahlreichen Transaktionen auf der zweiten Ebene verbraucht wird, unbedeutend im Vergleich zu der Energie, die von der Blockchain für die Durchführung einer solchen Menge von Transaktionen verbraucht wird.

Abschließend lässt sich sagen, dass die Blockchain-Technologie die Art und Weise, wie wir Energie verwalten, verändert hat, wie wir in diesem Beitrag gesehen haben. Die Off-Chain-Transaktion scheint eine praktikable Lösung für eine skalierbare und nachhaltige Blockchain zu sein. Weitere Forschungsprojekte und Kooperationen werden jedoch zeigen, ob diese Lösung erheblich verbessert werden kann, insbesondere was ihren kommerziellen Wert betrifft.