Künstliche Intelligenz und Kernenergie: eine vielversprechende Partnerschaft oder eine existenzielle Bedrohung?

In den letzten Jahren haben wir einen radikalen Wandel im Verhältnis von Technologiegiganten zu traditionellen Energiequellen erlebt, da der Energiebedarf für den Betrieb riesiger Rechenzentren, die künstliche Intelligenz unterstützen, bei großen Technologieunternehmen wie Google, Amazon und Microsoft zunimmt haben sich der Suche nach nachhaltigeren und effizienteren Alternativen zugewandt.

Dieser Wandel spiegelte sich in den von diesen Unternehmen angekündigten enormen Investitionen in den Kernenergiesektor wider. Nach Jahrzehnten des Verzichts auf die Kernenergie aufgrund von Sicherheitsbedenken und hohen Kosten ist diese Technologie dank neuer Innovationen im Bereich der Kleinenergie wieder in den Vordergrund gerückt Kernreaktoren (SMRs), die sicherer und flexibler sind als herkömmliche Reaktoren.

Aber was macht Kernenergie für diese Riesenunternehmen attraktiv und nicht erneuerbare Energien wie Windenergie oder Solarenergie, was sind kleine Kernreaktoren und welche Herausforderungen stehen den Vereinigten Staaten bei deren Entwicklung bevor, und werden diese Reaktoren Innovation und Nachhaltigkeit vorantreiben? im Bereich der künstlichen Intelligenz, oder stehen wir am Rande einer neuen Ära von Katastrophen wie Tschernobyl, Fukushima und Three Mile Island, die noch immer in Erinnerung sind?

Erstens; Welche Unternehmen haben begonnen, in Kernenergieprojekte zu investieren?

Google, Amazon und Microsoft haben riesige Investitionen in Kernenergieprojekte angekündigt. Diese Investitionen zielen darauf ab, neue Kernkraftwerke zu bauen oder alte wieder in Betrieb zu nehmen. Diese konkurrierenden Unternehmen sind die drei größten Unternehmen, die Cloud-Computing-Lösungen weltweit anbieten, und sie gehörten auch zu den größten Unternehmen, die Modelle und Technologien der künstlichen Intelligenz übernahmen und sie Kunden präsentierten, seien es andere Unternehmen oder Benutzer. Es ist also kein Zufall, dass dies der Fall ist Diese Unternehmen gehören zu den größten Investoren in diesem Bereich.

1- Google:

Google hat mit Kairos Power, einem auf Kernenergie spezialisierten Startup, eine Vereinbarung mit dem Ziel getroffen, sieben kleine Kernreaktoren für den Betrieb seiner Rechenzentren zu bauen. Diese Reaktoren sind eine vielversprechende Lösung für die Bereitstellung sauberer und zuverlässiger Energie, da sie sich durch ihren einfachen Aufbau und fortschrittliche Sicherheitssysteme auszeichnen.

Diese Partnerschaft soll bis 2035 dazu beitragen, etwa 500 Megawatt kohlenstofffreie Energie bereitzustellen, was Googles Ziel der Erreichung der CO2-Neutralität unterstützt.

2- Microsoft:

Microsoft kündigte Pläne an, das stillgelegte Kernkraftwerk Three Mile Island in Pennsylvania, das den schlimmsten Atomunfall in den Vereinigten Staaten erlebte, bis 2028 in Zusammenarbeit mit Constellation Energy wieder in Betrieb zu nehmen. Dieses Projekt zielt darauf ab, etwa 835 Megawatt Energie bereitzustellen, um den Bedarf von zu decken. .. Microsoft-Rechenzentren. Noch nie zuvor wurde ein US-Atomkraftwerk nach der Stilllegung wieder in Betrieb genommen, und noch nie wurde die gesamte Produktion eines einzelnen kommerziellen Atomkraftwerks einem einzigen Kunden zugeteilt!

Microsoft hat damit nicht aufgehört, sondern eine Vereinbarung mit Helion Energy unterzeichnet, um die Möglichkeiten der Kernfusionsenergie als zukünftige Energiequelle zu erkunden. Fusionsenergie gilt als eine der vielversprechendsten Technologien im Bereich der Kernenergie, da sie riesige Mengen liefert von sauberer Energie, ohne gefährlichen Atommüll zu produzieren.

Parallel dazu deuteten einige Berichte Anfang des Jahres darauf hin, dass Microsoft und OpenAI heimlich an der Entwicklung eines beispiellosen Supercomputers arbeiten, der Millionen spezialisierter Serverchips für den Betrieb künstlicher Intelligenz nutzt, bis zu 100 Milliarden US-Dollar kosten könnte und den Codenamen (Stargate) trägt. , aber für den Betrieb werden bis zu 5 Gigawatt Strom benötigt, was ungefähr dem entspricht, was eine Großstadt wie New York verbraucht, und das alles für nur einen Computer!

3- Amazon:

Im vergangenen Oktober gab Amazon die Unterzeichnung von drei Vereinbarungen zur Entwicklung kleiner Kernreaktoren in den Vereinigten Staaten bekannt. Amazon arbeitet mit Energy Northwest an der Entwicklung von vier kleinen Kernreaktoren, die in der ersten Phase voraussichtlich 320 Megawatt erzeugen werden, mit der Möglichkeit einer Steigerung auf 960 Megawatt.

Darüber hinaus prüft Amazon die Möglichkeit, mit Dominion Energy in Virginia kleine Kernreaktoren zu entwickeln und diese um mindestens 300 Megawatt zu erweitern, um den wachsenden Energiebedarf zu decken. Amazons aktueller Vertrag mit Talen Energy beinhaltet auch eine 650-Millionen-Dollar-Investition in ein Rechenzentrum in Pennsylvania, das direkt mit Atomkraft betrieben wird.

Dann veranlassen uns all diese riesigen Investitionen dazu, nach kleinen Kernreaktoren zu fragen und zu fragen, wie sie sich von herkömmlichen Reaktoren unterscheiden?

Kleine Kernreaktoren sind fortschrittliche, kleine Kernreaktoren, die bis zu 300 Megawatt sauberen Strom erzeugen sollen, was einem Drittel der Produktion herkömmlicher Reaktoren entspricht.

Diese Reaktoren sind außerdem flexibel und anpassungsfähig, da sie im Werk hergestellt und als Einheiten transportiert werden können, die am Reaktorstandort zusammengebaut werden können. Sie stellen somit eine ideale Alternative zu großen herkömmlichen Kernreaktoren dar, die für bestimmte Standorte ausgelegt werden müssen führt manchmal zu Bauverzögerungen.

Außerdem; Kleine Kernreaktoren sind auf eine Vielzahl von Kühlmitteln angewiesen, darunter leichtes Wasser, flüssige Metalle und geschmolzenes Salz, was eine hohe Designflexibilität bietet. Diese Reaktoren zeichnen sich durch starke Sicherheitssysteme (Inhärente Sicherheit) aus, die auf dem natürlichen Kreislauf der Kernkühlung basieren, was die Abhängigkeit von menschlichem Eingreifen verringert und die Sicherheit erheblich verbessert.

Die US-amerikanische Atomenergiebehörde schätzt, dass der weltweite Markt für kleine Kernreaktoren bis 2035 eine Leistung von 21 Gigawatt erreichen könnte.

Dritte; Warum konkret Kernenergie und nicht Wind- oder Solarenergie?

Rechenzentren, die zum Trainieren von KI-Modellen genutzt werden, benötigen große Mengen an elektrischer Energie. Mit zunehmender Größe und Komplexität dieser Modelle steigt der Energiebedarf dramatisch. Derzeit sind die meisten Rechenzentren auf Strom aus fossilen Brennstoffen angewiesen, was zu erhöhten CO2-Emissionen beiträgt.

Hier stellt sich eine wichtige Frage: Wie viel Energie verbrauchen große Sprachmodelle?
Das Training großer KI-Modelle verbraucht beispielsweise viel Energie. Das GPT-3-Modell, das 175 Milliarden Lehrer umfasst, verbraucht 1.287 Megawatt pro Stunde, während das DeepMind-Modell, das 280 Milliarden Lehrer umfasst, bis zu 1.066 Megawatt pro Stunde verbraucht. Das entspricht etwa dem Hundertfachen des durchschnittlichen Energieverbrauchs einer amerikanischen Familie pro Stunde, was die erhebliche Umweltauswirkung dieser Branche bestätigt.

Unternehmen streben danach, bis 2030 oder 2035 CO2-Neutralität zu erreichen, doch die völlige Abhängigkeit von erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind steht vor großen Herausforderungen, wie z. B. wetterbedingten Schwankungen in der Produktion, da nachts keine Solarenergie verfügbar ist Die Windenergie ist von Wetterschwankungen betroffen, was komplexe Speicher- und Verwaltungseinrichtungen erfordert, um die Kontinuität des Betriebs sicherzustellen.

Hier erweist sich die Kernenergie aus mehreren Gründen als vielversprechende Lösung zur Deckung dieses wachsenden Bedarfs:

Hohe Leistung: Kernreaktoren können auf relativ kleinem Raum große Mengen elektrischer Energie erzeugen, was sie ideal für die Erfüllung der Anforderungen großer Rechenzentren macht.
Zuverlässigkeit: Im Gegensatz zu volatilen erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind ist die Kernenergie eine stabile und zuverlässige Energiequelle.
Geringe CO2-Emissionen: Kernenergie ist eine saubere Energiequelle, da sie keine Treibhausgase oder andere Schadstoffe produziert, was zur Erreichung der Ziele zur Bekämpfung des Klimawandels beiträgt.

Viertens; Vor welchen Herausforderungen stehen die Vereinigten Staaten bei der Entwicklung kleiner Kernreaktoren?

Die größte Herausforderung für die Vereinigten Staaten in dieser Branche ist der Bau des ersten kleinen Kernreaktors. Bisher ist in den gesamten Vereinigten Staaten kein kleiner Kernreaktor in Betrieb oder im Bau. Nach Angaben der Nuclear Energy Agency sind weltweit nur drei kleine Kernreaktoren in Betrieb, zwei in China und Russland, den beiden zentralen geopolitischen Rivalen der USA, und in Japan ist auch ein Testreaktor in Betrieb.

Amerikanische Unternehmen arbeiten bisher an der Entwicklung des Designs kleiner Kernreaktoren, und die Vereinigten Staaten verfügen derzeit über etwa 70 Designs für kleine Kernreaktoren, aber nur einer von ihnen hat die Genehmigung für den Baubeginn erhalten, nämlich das Projekt Kairos Power im Bundesstaat Tennessee.

Der Grund für diese Verzögerung liegt darin, dass Baugenehmigungen in der Regel mehrere Jahre dauern; Angesichts der Komplexität der Reaktorkonstruktionen und der Risiken radioaktiver Stoffe.

Allison MacFarlane, ehemalige Leiterin der US-amerikanischen Nuklearregulierungskommission, erklärte, dass eine weltweite Standardisierung von Kernenergiesystemen nahezu unmöglich sei. Dies liegt daran, dass jedes Land seine eigene Philosophie im Umgang mit diesem wichtigen Bereich hat, was es sehr schwierig macht, einen einheitlichen Regulierungsrahmen zu erreichen.

Rafael Grossi, Generaldirektor der Internationalen Atomenergiebehörde, betonte die Notwendigkeit, flexible Regulierungssysteme zu entwickeln, die mit den rasanten Entwicklungen in der Kernenergieindustrie Schritt halten können. Er wies darauf hin, dass langwierige Regulierungsverfahren, die viele Jahre in Anspruch nehmen, das Wachstum dieser Branche behindern, und schlug vor, dass sich die Nuklearindustrie vom Luftfahrtsektor inspirieren lassen sollte, der auf einheitliche globale Standards für die Konstruktion und den Betrieb von Flugzeugen angewiesen ist, was zur Verbesserung der Qualität und Reduzierung beiträgt Kosten.

Darüber hinaus benötigen kleine Kernreaktoren hochangereicherten Kernbrennstoff (HALEU), der eine höhere Anreicherungsrate aufweist als der derzeit in konventionellen Reaktoren verwendete Brennstoff, wodurch er effizienter und in der Lage ist, Energie zu erzeugen.

HALEU-Brennstoff hat einen höheren Anreicherungsgrad als 5 % angereicherter Uran-235-Brennstoff, der das wichtigste spaltbare Isotop ist, das während der Kettenreaktion Energie erzeugt, die nach Angaben des US-Energieministeriums von konventionellen Kernreaktoren genutzt wird.

HALEU-Brennstoff erfordert eine Anreicherung zwischen 5 und 20 %, was ihn effizienter macht und in kleineren Reaktoren die größte Energiemenge erzeugen kann. Außerdem trägt er dazu bei, die Leistung kleiner Reaktoren zu verbessern und ihre Betriebslebensdauer zu verlängern Das darin verwendete Natriumelement Der Kühlprozess dauert länger und erzeugt mehr Energie bei geringerem Kraftstoffverbrauch.

Das Problem hierbei ist jedoch, dass die Produktion dieses Brennstoffs in kommerziellem Maßstab in den Vereinigten Staaten immer noch sehr begrenzt ist und die weltweit dominierende Quelle Russland ist. Im vergangenen Mai unterzeichnete US-Präsident Joe Biden ein Gesetz, das den Vereinigten Staaten den Import von Uran verbietet Russland.

Fünftens; Künstliche Intelligenz und Kernenergie: eine vielversprechende Partnerschaft oder eine existenzielle Bedrohung?

Künstliche Intelligenz durchdringt verschiedene Aspekte unseres täglichen Lebens, aber Kernenergiesysteme benötigen sie nicht. Diese Systeme basieren auf bekannten und vorhersehbaren physikalischen Prinzipien und benötigen überhaupt nicht die Komplexität künstlicher Intelligenz. Auch Regulierungsbehörden auf der ganzen Welt, angeführt von der US-amerikanischen Nuclear Regulatory Commission (NRC), gehen mit dieser Angelegenheit mit äußerster Vorsicht um und verhindern die Integration in diese Systeme.