Kleine modulare Kernreaktoren (SMRs) treiben KI an: 10 Milliarden Dollar für eine nukleare Revolution, die Rechenzentren verändert

Kleine modulare Reaktoren (SMR) sind auf dem besten Weg, das Rückgrat der KI-Infrastruktur zu werden: Tech-Giganten haben mehr als 10 Milliarden Dollar in Nuklearpartnerschaften investiert, und weltweit sind 22 Gigawatt an Projekten in der Entwicklung. Die ersten kommerziellen SMR-betriebenen Rechenzentren werden bis 2030 in Betrieb gehen und einen entscheidenden Wandel in der Art und Weise markieren, wie wir die digitale Wirtschaft betreiben. Diese Konvergenz von Kerntechnik und künstlicher Intelligenz stellt eine entscheidende Herausforderung dar: KI-Rechenzentren werden bis 2030 jährlich 945 Terawattstunden verbrauchen - das entspricht dem gesamten Stromverbrauch Japans - und benötigen dabei rund um die Uhr kohlenstofffreien Strom, den nur die Kernenergie zuverlässig liefern kann.

Wie sich die SMR von der traditionellen Kernkraft unterscheiden

Mit SMR-Reaktoren wird die Kernenergie durch Werksfertigung und modulare Bauweise grundlegend neu konzipiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Reaktoren, die über einen Zeitraum von 5-10 Jahren vor Ort gebaut werden, werden SMR-Komponenten in kontrollierten Fabrikumgebungen hergestellt und als standardisierte Module zur Montage versandt, wodurch sich die Bauzeit auf nur 24-36 Monate verkürzt. Diese Reaktoren produzieren zwischen 5 und 300 Megawatt pro Modul im Vergleich zu über 1.000 MW bei konventionellen Kernkraftwerken und ermöglichen einen flexiblen Einsatz, der dem spezifischen Energiebedarf entspricht.

Die Kerninnovation liegt in passiven Sicherheitssystemen, die sich auf natürliche physikalische Prozesse wie Schwerkraft und Konvektion statt auf Pumpen, Ventile und Bedienereingriffe verlassen. Wenn der Reaktor von NuScale abgeschaltet wird, kann er sich beispielsweise sieben Tage lang ohne externe Energiezufuhr oder menschliches Zutun selbst abkühlen - ein Kunststück, das bei herkömmlichen Konzepten unmöglich ist. Das geringere radioaktive Inventar und die unterirdische Aufstellung vieler SMR-Konstruktionen schaffen zusätzliche Sicherheitsmargen, wobei einige fortschrittliche Reaktoren wie der Xe-100 von X-energy TRISO-Brennstoff verwenden, der selbst bei Temperaturen von über 1.600°C physikalisch nicht schmelzen kann.

Die aktuellen SMR-Konzepte umfassen sechs Technologiefamilien, von bewährten Druckwasserreaktoren bis hin zu fortschrittlichen Salzschmelzen und Hochtemperaturgassystemen. Die 77-Megawatt-Module von NuScale können in Konfigurationen von 4, 6 oder 12 Einheiten kombiniert werden, um Anlagen mit einer Leistung von 308 bis 924 MW zu schaffen. Der Natrium-Reaktor von TerraPower kombiniert einen natriumgekühlten Reaktor mit einer Leistung von 345 MW mit einem Salzschmelzen-Energiespeicher, der bei Bedarfsspitzen einen Leistungssprung auf bis zu 500 MW ermöglicht - perfekt für die variablen Lasten von KI-Trainingsanwendungen.

Kostenvergleiche zeigen sowohl Herausforderungen als auch Chancen auf. Während die derzeitigen SMR-Projekte mit Kapitalkosten von 3.000-6.000 $ pro Kilowatt zu Buche schlagen, gehen die Hersteller davon aus, dass diese Kosten im Laufe der Serienproduktion unter die 7.675-12.500 $/kW der konventionellen Kernkraft fallen werden. Die Stromgestehungskosten von SMR-Kraftwerken liegen derzeit zwischen 89 und 102 $ pro Megawattstunde und damit höher als die von Wind- und Solarkraftwerken mit 26 bis 50 $/MWh, aber wettbewerbsfähig mit zuverlässigen Grundlastalternativen, wenn man Kapazitätsfaktoren von über 95 % berücksichtigt.

Die Krise der KI-Infrastruktur treibt die Einführung der Kernenergie voran.

Moderne GPU-Rechenzentren haben sich zu gefräßigen Energieverbrauchern entwickelt, deren Strombedarf in nie dagewesenem Ausmaß steigt. Die neuesten Blackwell B200-GPUs von NVIDIA verbrauchen jeweils bis zu 1.200 Watt, während künftige KI-Beschleuniger-Racks 240 Kilowatterreichen - das entsprichtder Stromversorgung von 200 amerikanischen Haushalten. Ein einziger großer KI-Trainingscluster kann 500 Megawatt Dauerleistung benötigen, was in etwa der Größe einer mittelgroßen Stadt entspricht.

Die kollektiven Auswirkungen sind atemberaubend: Allein die eingesetzten H100-GPUs werden im Jahr 2024 13,8 Terawattstunden verbrauchen, was dem gesamten Stromverbrauch von Ländern wie Georgien oder Costa Rica entspricht. Der Strombedarf von Rechenzentren in den Vereinigten Staaten wird bis 2030 von 4 % auf 9-12 % des Gesamtverbrauchs ansteigen, wobei die weltweite Nachfrage um 160 % auf 945 TWh jährlich zunimmt. Dieser Wachstumstrend hat die Technologieunternehmen dazu veranlasst, sich eigene Stromquellen zu sichern, da die herkömmliche Netzinfrastruktur nicht schnell genug skaliert werden kann, um den Bedarf zu decken.

SMRs bieten einzigartige Vorteile für die Stromversorgung dieser Einrichtungen. Ihre modulare Skalierbarkeit ermöglicht eine präzise Anpassung an das Wachstum des Rechenzentrums - beginnend mit einem einzelnen 77-MW-Modul und erweiterbar, wenn der Rechenbedarf steigt. Die 24/7-Grundlaststromerzeugung beseitigt die mit erneuerbaren Energien verbundenen Probleme der Unterbrechung, was für KI-Workloads, die keine Stromunterbrechungen vertragen, von entscheidender Bedeutung ist. Am wichtigsten ist vielleicht, dass SMRs Netzunabhängigkeit ermöglichen, so dass Rechenzentren betrieben werden können, ohne mit den lokalen Gemeinden um Strom zu konkurrieren oder jahrelang auf die Aufrüstung der Übertragungsnetze zu warten.

Die technische Integration zwischen SMRs und Rechenzentren schafft eine bemerkenswerte Kohärenz. Rechenzentren benötigen bereits ausgeklügelte Kühlsysteme, um die Wärme von GPUs zu bewältigen, wobei der Markt für Flüssigkeitskühlung jährlich um 20,3 % wächst, um Rack-Dichten von über 100 kW zu bewältigen. SMRs können sowohl Strom als auch Prozesswärme für Absorptionskältemaschinen liefern, während sich die Abwärme von Rechenzentren mit einer Temperatur von 35-45°C ideal für Fernwärmeanwendungen eignet. Dieser Ansatz der Kraft-Wärme-Kopplung kann den Gesamtwirkungsgrad des Systems auf über 80 % steigern und Abfallströme in wertvolle Ressourcen verwandeln.

Das nukleare Wettrüsten der Tech-Giganten.

Der Wettlauf um die Sicherung der Kernenergie hat eine nie dagewesene Welle von Partnerschaften und Investitionen ausgelöst. Amazon Web Services führt das ehrgeizigste Programm an und verpflichtet sich, bis zum Jahr 2039 5 Gigawatt SMR-Kapazität durch eine 500-Millionen-Dollar-Investition in X-energy und Partnerschaften in den Bundesstaaten Washington und Virginia bereitzustellen. Im Rahmen der Energy Northwest-Vereinbarung werden zunächst vier Xe-100-Reaktoren mit einer Leistung von 320 MW eingesetzt, die über zwölf Module auf 960 MW erweitert werden können.

Google hat im Oktober 2024 mit dem weltweit ersten SMR-Kaufvertrag für ein Unternehmen Geschichte geschrieben und sich mit Kairos Power zusammengetan, um 500 Megawatt in 6-7 Salzschmelzenreaktoren zu installieren. Die erste Anlage wird 2030 ans Netz gehen, die vollständige Inbetriebnahme ist für 2035 geplant. Diese Vereinbarung liefert das entscheidende "Auftragsbuch"-Nachfragesignal, das SMR-Hersteller benötigen, um Investitionen in ihre Anlagen zu rechtfertigen und Größenvorteile zu erzielen.

Microsoft hat einen anderen Ansatz gewählt und einen 20-Jahres-Vertrag mit Constellation Energy über die Wiederinbetriebnahme von Three Mile Island Unit 1 unterzeichnet, um bis 2028 837 Megawatt kohlenstofffreien Strom zu erhalten. Gleichzeitig hat das Unternehmen ein internes Nuklearteam aufgebaut und Direktoren für Atomtechnologie von Ultra Safe Nuclear und der Tennessee Valley Authority eingestellt, um eine umfassende SMR-Strategie für seine globale Rechenzentrumsflotte zu entwickeln.

Der derzeitige Bau stellt einen Wendepunkt für die Branche dar. TerraPower hat im Juni 2024 den ersten Spatenstich für seinen Natrium-Reaktor in Kemmerer, Wyoming, gesetzt - den ersten kommerziellen fortschrittlichen Reaktor in den Vereinigten Staaten. Dieses 4-Milliarden-Dollar-Projekt, das vom Energieministerium und von Bill Gates unterstützt wird, soll bis 2030 ein stillgelegtes Kohlekraftwerk durch 345 MW sauberen Strom ersetzen. Das integrierte Speichersystem für geschmolzenes Salz ermöglicht es, die Leistung für fünf Stunden auf 500 MW zu erhöhen, was ideal für AI-Arbeitslastschwankungen ist.

Der weltweite Einsatz beschleunigt sich über die Grenzen der USA hinaus.

Während die Vereinigten Staaten bei den angekündigten Projekten führend sind, entwickeln die internationalen Märkte rasch ihre eigenen SMR-Kapazitäten. Chinas Linglong One wurde 2023 zum ersten kommerziellen landgestützten SMR der Welt, der in der Provinz Hainan 210 MW produziert. Das Land hat schätzungsweise 25-35 Mrd. USD für den Einsatz im Inland bereitgestellt und ist in der Lage, einen bedeutenden Anteil am Exportmarkt zu erobern.

Kanada ist ein weiterer Vorreiter: Ontario Power Generation erhielt im April 2025 die Baugenehmigung für einen GE Hitachi BWRX-300 am Standort Darlington. Dieses 7,7 Mrd. CAD teure Projekt soll bis 2029 in Betrieb genommen werden, wobei drei weitere Blöcke für 13,2 Mrd. CAD geplant sind. Die bewährte Siedewasserreaktor-Technologie verspricht 60 % niedrigere Kapitalkostenals herkömmliche Kernkraftwerke.

Die Europäische Union hat für ihre Industrieallianz im Oktober 2024 neun SMR-Projekte ausgewählt, die Technologien von bleigekühlten schnellen Reaktoren bis hin zu Salzschmelzsystemen umfassen. Allein Polen hat sich verpflichtet, mehrere SMR als Ersatz für Kohlekraftwerke einzusetzen, wobei ORLEN Synthos Green Energy ein Konsortium von 17 Unternehmen aus 11 Ländern anführt. Rumänien plant, bis 2029 die VOYGR-Anlage mit sechs Modulen von NuScale in Betrieb zu nehmen und damit das erste europäische Land mit einem betriebsbereiten SMR zu werden.

Das Vereinigte Königreich hat stark auf das 470-Megawatt-SMR-Konzept von Rolls-Royce gesetzt und 280 Millionen Pfund an staatlichen Mitteln bereitgestellt, die durch private Investitionen ergänzt wurden. Die Technologie hat die letzte Phase der behördlichen Prüfung im Jahr 2025 erreicht, vier Standorte wurden für den Einsatz ausgewählt und der Netzanschluss ist für Mitte der 2030er Jahre geplant. Die Baupartner Laing O'Rourke und BAM bringen ihr Fachwissen über kritische Infrastrukturen ein, um die Einführung zu beschleunigen.

Der Technologiefahrplan verspricht dramatische Fortschritte.

Das nächste Jahrzehnt wird einen grundlegenden Wandel in der Nutzung der Kerntechnik mit sich bringen. SMR der ersten Generation wie die 77-MW-Module von NuScale und der BWRX-300 von GE Hitachi basieren auf der bewährten Leichtwasserreaktortechnologie und können bis 2030 mit der bestehenden Brennstoffinfrastruktur und dem bestehenden Rechtsrahmen eingesetzt werden. Diese Konzepte bieten durch passive Systeme eine verbesserte Sicherheit und sind gleichzeitig mit den derzeitigen nuklearen Versorgungsketten kompatibel.

Moderne Reaktoren der Generation IV, die Anfang der 2030er Jahre auf den Markt kommen, werden neue Möglichkeiten eröffnen. Salzschmelzenreaktoren arbeiten bei Atmosphärendruck mit in flüssigem Salz gelöstem Brennstoff und ermöglichen einen kontinuierlichen Betrieb von bis zu 150 Monaten ohne Nachfüllen von Brennstoff. Hochtemperatur-Gasreaktoren wie der Xe-100 von X-energy erreichen 750 °C und eröffnen Anwendungen in der Wasserstoffproduktion und der industriellen Prozesswärme. Das natriumgekühlte Natrium-Konzept von TerraPower integriert thermische Speicher und verwandelt Kernkraftwerke in abschaltbare Ressourcen, die erneuerbare Netze ergänzen.

Mikroreaktoren stellen die Grenze der nuklearen Innovation dar, mit Entwürfen von Oklo, Westinghouse und anderen, die 1-30 Megawatt in werkseitig versiegelten Einheiten liefern. Diese Reaktoren können jahrzehntelang ohne Nachfüllen betrieben werden und ermöglichen den Einsatz an entlegenen Orten oder als verteilte Energiequelle für Edge-Computing-Einrichtungen. Das Aurora-Kraftwerk von Oklo hat Verträge über eine Leistung von 12 Gigawatt bis 2044 abgeschlossen, was zeigt, dass der Markt ein großes Interesse an vereinfachten nuklearen Lösungen hat.

Die Kostenprognosen zeigen einen klaren Weg zur Wettbewerbsfähigkeit. Wood Mackenzie prognostiziert, dass die SMR-Kosten bis 2030 auf 120 $ pro Megawattstunde fallen werden, da die Hersteller Lernraten von 5-10 % pro Kapazitätsverdopplung erreichen. Nach 5-7 Einheiten oder 10-20 GW installierter Kapazität wird die Technologie das Plateau der Lernkurve erreichen, wo weitere Kostensenkungen moderat ausfallen. Strategische Investitionen in Fabriken und die Entwicklung der Lieferkette werden sich als entscheidend für das Erreichen dieser Ziele erweisen.

Die Reform der Rechtsvorschriften beschleunigt den Zeitplan für die Einführung.

Das regulatorische Umfeld hat sich dramatisch verändert, um die Einführung von SMR zu ermöglichen. Die Executive Order 14300 von Präsident Biden schreibt für die Prüfung von Anträgen für neue Reaktoren eine maximale Frist von 18 Monaten vor, im Vergleich zu den bisherigen Verfahren von 5-7 Jahren. Die Nuclear Regulatory Commission entwickelt derzeit Part 53, einen völlig neuen, auf fortschrittliche Reaktoren zugeschnittenen Genehmigungsrahmen, der den Schwerpunkt auf leistungsbezogene Standards statt auf präskriptive Anforderungen legt.

Die internationalen Harmonisierungsbemühungen im Rahmen der IAEO-Initiative zur Harmonisierung und Normung im Nuklearbereich versprechen die weltweite Einführung standardisierter Konstruktionen. Das SMR Regulators' Forum bringt Behörden aus den Vereinigten Staaten, Kanada, dem Vereinigten Königreich und anderen Ländern zusammen, um gemeinsame Ansätze für die Sicherheitsbewertung zu entwickeln. Diese koordinierten Bemühungen könnten den Zeit- und Kostenaufwand für den Einsatz bewährter Konzepte in mehreren Ländern verringern.

Mit dem ADVANCE Act von 2024 wurden entscheidende Reformen eingeführt, darunter 50 %ige Gebührensenkungen für SMR-Anträge und neue Wege für Demonstrationsreaktoren an Standorten des Energieministeriums. Fertigungslizenzen ermöglichen die Produktion von zertifizierten Modulen in der Fabrik, während der neue Rechtsrahmen den standortübergreifenden Einsatz von Standardausführungen ermöglicht. Frühzeitige Standortgenehmigungen und Konstruktionszertifizierungen können nun parallel erfolgen, wodurch sich die Projektlaufzeiten um Jahre verkürzen.

Der Weg in die Zukunft ist sowohl vielversprechend als auch schwierig.

Die SMR-Revolution hat trotz der starken Dynamik mit erheblichem Gegenwind zu kämpfen. Die Kapitalkosten bleiben mit 3.000 bis 6.000 Dollar pro Kilowatt für Erstprojekte hoch und erfordern geduldiges Kapital und staatliche Unterstützung. Der für viele fortschrittliche Konzepte benötigte Brennstoff aus hochangereichertem, niedrig angereichertem Uran (HALEU) hängt derzeit von russischen Lieferungen ab, obwohl inländische Produktionsanlagen in der Entwicklung sind. Die Akzeptanz in der Öffentlichkeit ist nach wie vor uneinheitlich, da die Gemeinden die Vorteile sauberer Energie gegen die Bedenken hinsichtlich der nuklearen Sicherheit abwägen, die durch historische Unfälle geprägt sind.

Die technischen Herausforderungen reichen von der Materialqualifikation bis hin zur Abfallentsorgung. Bei einigen SMR-Konstruktionen können 2-30 Mal mehr radioaktive Abfälle anfallen als bei konventionellen Reaktoren, wenn auch mit geringerer Gesamtradioaktivität. Die Entwicklung der Lieferkette erfordert den Wiederaufbau von Fertigungskapazitäten im Nuklearbereich, die jahrzehntelang brach lagen. Die Ausbildung der Arbeitskräfte muss beschleunigt werden, um die für den Bau und den Betrieb von SMR erforderlichen Spezialkenntnisse zu vermitteln.

Die Komplexität der Infrastruktur bei der Integration von SMRs in KI-Rechenzentren erfordert spezielle Fachkenntnisse. Unternehmen müssen alles bewältigen, von hochdichten GPU-Implementierungen, die Hunderte von Kilowatt pro Rack verbrauchen, bis hin zu ausgeklügelten Flüssigkeitskühlsystemen, die extreme Wärmelasten bewältigen. Infrastrukturspezialisten wie Introl, die Erfahrung mit der Bereitstellung von über 100.000 Grafikprozessoren weltweit und der Verwaltung komplexer Migrationen von Rechenzentren haben, verstehen die einzigartigen Herausforderungen der Skalierung von KI-Infrastrukturen. Ihr Fachwissen über APAC-Märkte ist Introl in der Lage, die Konvergenz von Kernenergie und KI-Computing-Infrastruktur zu unterstützen, da diese Technologien weltweit expandieren.

Dennoch scheint die Konvergenz der Kräfte, die die Einführung von SMR vorantreiben, unaufhaltsam zu sein. Der unersättliche Energiebedarf von Technologieunternehmen, die Verpflichtung, bis 2030-2040 keine Energie zu verbrauchen, und die Einschränkungen der Netzinfrastruktur bilden einen perfekten Sturm, der nukleare Lösungen begünstigt. Staatliche Unterstützung in Höhe von mehr als 5,5 Milliarden Dollar allein in den Vereinigten Staaten, ergänzt durch private Investitionen in Milliardenhöhe, liefern das Kapital, das zur Überwindung der anfänglichen Hürden benötigt wird. Vor allem aber ist die Alternative - die Einschränkung der KI-Entwicklung aufgrund von Energiebeschränkungen - für Unternehmen und Nationen, die um die technologische Führung konkurrieren, undenkbar.

Schlussfolgerung

Kleine modulare Reaktoren stehen am Schnittpunkt zweier entscheidender Herausforderungen unserer Zeit: die KI-Revolution voranzutreiben und eine tiefgreifende Dekarbonisierung zu erreichen. Die Technologie ist vom Konzept bis zum Bau vorangeschritten. Die ersten Reaktoren haben den ersten Spatenstich getan und Tech-Giganten haben Milliardenbeträge zur Sicherung künftiger Kapazitäten bereitgestellt. Bis 2030 werden Kernreaktoren Rechenzentren von Wyoming bis Washington State mit Strom versorgen und beweisen, ob die fabrikmäßig hergestellten Kernkraftwerke das Versprechen von erhöhter Sicherheit, beschleunigter Bereitstellung und wettbewerbsfähigen Kosten erfüllen können.

Die nächsten fünf Jahre werden darüber entscheiden, ob die Kernenergie ein Eckpfeiler der Energieinfrastruktur des 21. Jahrhunderts wird oder eine Übergangstechnologie bleibt. Jahrhunderts werden oder eine Übergangstechnologie bleiben. Um erfolgreich zu sein, sind weitere regulatorische Reformen, das Erreichen von Produktionsmaßstäben, die Lösung von Engpässen bei der Brennstoffversorgung und - was vielleicht am wichtigsten ist - die einwandfreie Durchführung von Projekten der ersten Generation erforderlich. Die Unternehmen, Gemeinden und Länder, die den Einsatz von SMR meistern, werden im Zeitalter der künstlichen Intelligenz, in dem die Rechenleistung zunehmend die wirtschaftliche und strategische Wettbewerbsfähigkeit bestimmt, entscheidende Vorteile erlangen. Die Renaissance der Kernenergie hat begonnen; ihre endgültigen Auswirkungen werden die Art und Weise, wie wir Energie erzeugen und verbrauchen, für kommende Generationen neu gestalten.

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