AIs Energieproblem macht Rechenzentrumsbetreiber zu Kunden der Kernkraft

Kernkraft kam in der Tech-Branche aus der Mode – genauso wie überall sonst: langsam nach Three Mile Island 1979, dann drastisch nach Tschernobyl 1986 und fast vollständig nach Fukushima 2011. Rechenzentren bauten ihre Nachhaltigkeitsstrategien – wie die meisten großen Stromverbraucher – auf Wind- und Solar-Stromabnahmeverträgen (PPAs) auf, erwarben Ökostromzertifikate und drängten Lieferanten zu erneuerbaren Bezugsquellen.

Diese Strategie läuft gegen eine Wand. AI-Modelltraining und -Inferenz benötigen enorme Rechenleistung, die wiederum enorme Strommengen erfordert, und der Strom muss rund um die Uhr, sieben Tage die Woche, mit konstanter Spannung und Frequenz verfügbar sein. Wind und Solar liefern Strom intermittierend. Batterien können kurzfristige Lücken puffern, sind aber bei weitem nicht in der Lage, Rechenzentren im Gigawatt-Maßstab über mehrtägige Flaute- oder Bewölkungsperioden hinweg abzusichern. Die CO2-Bilanz der Branche war bereits angespannt – der AI-Ausbau hat sie vollends zerrissen.

Kernkraft hat eine Eigenschaft, die Wind, Solar und Batterien nicht haben: Sie produziert rund um die Uhr konsistenten, hochdichten, CO2-freien Strom, unabhängig vom Wetter. Und sie kehrt zurück.

Die Deals, die den Wandel signalisieren

Microsoft unternahm im September 2023 den sichtbarsten Schritt, als es einen 20-jährigen Stromabnahmevertrag mit Constellation Energy unterzeichnete, um Block 1 des Kernkraftwerks Three Mile Island in Pennsylvania wieder in Betrieb zu nehmen – dem Block, der beim Unfall 1979 unbeschädigt blieb und bis zu seiner Stilllegung 2019 aus wirtschaftlichen Gründen erfolgreich betrieben wurde. Das wiedereröffnete Kraftwerk, umbenannt in Crane Clean Energy Center, ging im September 2024 wieder ans Netz und liefert etwa 835 Megawatt ins Netz, wobei Microsoft vertraglich verpflichtet ist, die gesamte Menge abzunehmen. Das Projekt erforderte Investitionen in Höhe von 1,6 Milliarden US-Dollar und zeigte, dass die Wiederinbetriebnahme eines stillgelegten US-Atomkraftwerks technisch und wirtschaftlich machbar ist.

Google unterzeichnete im Oktober 2023 einen Deal mit Kairos Power über den Bezug von Strom aus einer Flotte kleiner modularer Reaktoren (SMRs), wobei die erste Einheit bis 2030 in Betrieb gehen soll. Amazon Web Services hat in X-energys SMR-Programm investiert und ein Rechenzentrumsgelände neben einer Nuklearanlage in Pennsylvania gekauft, um eine direkte Stromanbindung zu ermöglichen. Alle drei großen Hyperscaler haben nun echtes Kapital in die Kernkraft speziell für die Stromversorgung von Rechenzentren gesteckt.

Oracle kündigte im September 2024 an, dass es einen Rechenzentrums-Campus entwirft, der von drei kleinen modularen Reaktoren (SMRs) mit Strom versorgt wird. Constellation Energy befindet sich in Gesprächen mit mehreren Technologieunternehmen über weitere Wiederinbetriebnahmen von Anlagen, die aus wirtschaftlichen Gründen und nicht aus Sicherheitsbedenken stillgelegt wurden.

Was Small Modular Reactors sind

Ein konventionelles Kernkraftwerk erzeugt 1.000 Megawatt oder mehr aus einem einzigen Reaktor. Der Bau dauert 10-20 Jahre und kostet 10-30 Milliarden US-Dollar, mit einer Geschichte erheblicher Kostenüberschreitungen. SMRs werden typischerweise als Reaktoren mit einer Leistung von unter 300 Megawatt definiert, die in Modulen fabrikmäßig hergestellt und vor Ort montiert werden. Das Fabrikfertigungsmodell verspricht niedrigere Kosten, kürzere Bauzeiten und bessere Qualitätskontrolle als der traditionelle Bau vor Ort.

Das fortschrittlichste US-SMR-Unternehmen ist NuScale Power, das 2023 die allererste NRC-Designzertifizierung für einen SMR erhielt – den VOYGR-6, ein 462-Megawatt-Kraftwerk mit sechs 77-MW-Modulen. Nuscales Leitprojekt, das Carbon Free Power Project in Idaho, wurde 2023 eingestellt, nachdem die prognostizierten Kosten auf 9,3 Milliarden US-Dollar für 462 MW gestiegen waren, was es für seine ursprünglichen Versorgungsunternehmen im Vergleich zu anderen Energiequellen unwirtschaftlich machte. Dies war ein Rückschlag für das Argument der SMR-Branche zur kurzfristigen Wirtschaftlichkeit.

Der Reaktor von Kairos Power, der geschmolzenes Fluoridsalz als Kühlmittel und TRISO-Brennstoffpartikel verwendet, arbeitet bei Atmosphärendruck – wodurch die Hochdruckdampfgefahren konventioneller Leichtwasserreaktoren entfallen. Kairos vollendete 2023 den ersten Bau eines nicht wassergekühlten Kernreaktors in den USA, einen Testreaktor in Hermes, Tennessee. Die Partnerschaft mit Google stellt den ersten bedeutenden kommerziellen Stromabnahmevertrag für einen SMR durch ein Technologieunternehmen dar.

X-energys Xe-100 ist ein Kugelhaufenreaktor, der ebenfalls TRISO-Brennstoff in Graphitkugeln verwendet und von Natur aus ausfallsicher ausgelegt ist – die Reaktorphysik verhindert eine unkontrollierte Kettenreaktion ohne aktive Sicherheitseingriffe. Diese passiven Sicherheitsdesigns sind zentral für das Argument, dass SMRs in der Nähe von Lastzentren wie Rechenzentrums-Campus gebaut werden können, anstatt an abgelegenen Standorten.

Die Grid-Mathematik

Goldman Sachs schätzte 2024, dass der Strombedarf von Rechenzentren zwischen 2023 und 2030 um rund 160 % steigen und etwa 8 % des US-amerikanischen Stromverbrauchs erreichen wird. AI-Beschleuniger verbrauchen bei voller Auslastung deutlich mehr Strom als Allzweckserver. Ein Nvidia H100 mit 700 Watt benötigt in einem Cluster von 10.000 GPUs 7 Megawatt – noch vor Berücksichtigung der Kühlung, die typischerweise weitere 30-50 % an Overhead hinzufügt. Die größten Trainingscluster, die 2025-2026 gebaut werden, werden in Hunderten von Megawatt Dauerleistung gemessen.

Erneuerbare-Energien-PPAs können diese Kapazität auf dem Papier ausgleichen – ein langfristiger Solarvertrag über 500 MW sieht auf einem CO2-Bilanzblatt gut aus. In der Praxis produziert diese Solaranlage an guten Tagen 5-7 Stunden lang Strom und nachts gar nichts. Ohne lastfolgende Backup-Erzeugung (typischerweise Erdgas) kann das Rechenzentrum nicht allein mit Solar betrieben werden. Kernkraft liefert rund um die Uhr Volllast, mit Kapazitätsfaktoren über 90 %, und ist daher wesentlich besser geeignet für das kontinuierliche Strombedarfsprofil von AI-Computing.

Das Zeitproblem

Der Hauptnachteil der Kernkraft ist die Zeit. Die Wiederinbetriebnahme von Three Mile Island dauerte von der Ankündigung bis zum Betrieb etwa zwei Jahre – ungewöhnlich schnell, weil die Infrastruktur bereits existierte. Die SMRs von Kairos Power werden frühestens 2030 in Betrieb erwartet. Der Rückschlag von NuScale im Jahr 2023 zeigte, dass die SMR-Ökonomie im großen Maßstab noch nicht bewiesen ist. Die Hyperscaler brauchen Strom jetzt, nicht erst 2030.

Kurzfristig führt dies zu einer anhaltenden Abhängigkeit von Erdgas als Brückenbrennstoff. Ironischerweise werden mehrere Rechenzentren, die Nachhaltigkeitsverpflichtungen verkünden, faktisch durch Gaserzeugung gestützt, wenn die erneuerbare Versorgung zu kurz kommt – eine Realität, die die Versorgungsbilanzierung im großen Maßstab selten sichtbar macht.

Der längerfristige Verlauf ist interessanter. Wenn SMRs zu akzeptablen Kosten und in angemessenen Zeitrahmen eingesetzt werden können – beides noch unsicher –, verändert die Möglichkeit, ein 300-MW-Kernkraftwerk neben einem Rechenzentrums-Campus zu platzieren, anstatt an ein durch konkurrierende Nachfrage belastetes Übertragungsnetz anzuschließen, die Wirtschaftlichkeit von AI-Computing im großen Maßstab grundlegend. Das erneute Interesse der Tech-Branche an Kernkraft ist keine Nostalgie. Es ist Mathematik.