Wir entwickeln saisonale Energiespeicherlösungen für das Zeitalter der erneuerbaren Energien

Ein Interview mit Sebastian Gutterød, dem Chief Science Officer von Photoncycle

Erneuerbare Energien haben ein strukturelles Timing-Problem. Solarenergie ist im Sommer im Überfluss vorhanden und im Winter knapp, während der Energiebedarf von Haushalten dem entgegengesetzten Muster folgt. Die meisten heute verfügbaren Speichertechnologien für Privathaushalte sind darauf ausgelegt, Energie über Stunden, nicht über Monate, zu speichern.

Ein ganzjähriges, energieautarkes System für Wohnhäuser zu entwickeln, gehört zu den anspruchsvollsten Aufgaben der Energiewende. Solarenergie ist im Sommer reichlich verfügbar und im Winter begrenzt. Die meisten Speichersysteme für Privathaushalte sind jedoch in ihrer Kapazität grundsätzlich limitiert. Ein typisches Batteriespeichersystem für Privathaushalte verfügt über eine Speicherkapazität von etwa 10 bis 20 kWh Strom und dient in erster Linie dazu, tagsüber erzeugte Energie für die Nacht zu speichern. Diese Kapazität ist jedoch nicht dafür ausgelegt, die großen Energiemengen zu speichern, die saisonal benötigt werden.

Die unterirdische Speichereinheit von Photoncycle kann hingegen bis zu 10.000 kWh Energie speichern. Dadurch wird es möglich, im Sommer erzeugte Energie Monate später zu nutzen - genau dann, wenn der Bedarf am höchsten ist.

Bei Photoncycle liegt die wissenschaftliche Verantwortung für diese Lösung bei Sebastian Gutterød, Chief Science Officer und erstem Mitarbeiter des Unternehmens. In diesem Interview erläutert er, wie Photoncycle Forschung und Entwicklung in eine praxistaugliche, systemische Lösung für Haushalte überführt.

„Das Photoncycle-System vereint mehrere bewährte Technologien wie Elektrolyse, Wasserstoffspeicherung, Brennstoffzellen und Wärmepumpen“, erklärt Sebastian. „Die Herausforderung liegt nicht in den einzelnen Technologien, sondern in ihrer Integration zu einem System, das ganzjährig zuverlässig funktioniert. Saisonale Speicherung ist per se interdisziplinär, keine einzelne Disziplin kann sie isoliert lösen.“

Ein System, viele Fachgebiete

Saisonale Energiespeicherung ist von Natur aus interdisziplinär. Sie erfordert das Zusammenspiel von Chemie, mechanischem Design, Thermomanagement, elektrochemischen Prozessen, Elektrotechnik und Softwaresteuerung.

„Thermische Ingenieure optimieren Wärmeflüsse, Maschinenbauingenieure entwickeln mechanisch stabile Lösungen, Chemieingenieure gestalten die Umwandlungsprozesse, und Steuerungs- sowie Elektroingenieure kümmern sich um Regelung und Leistungselektronik“, so Sebastian. „Darüber hinaus muss das System intelligent mit dem Haus interagieren und mit dem Stromnetz kommunizieren.“

Als Chief Science Officer behält Sebastian den Gesamtüberblick über das System. Seine Aufgabe ist es sicherzustellen, dass keine Komponente isoliert entwickelt wird und jede Entscheidung Leistung, Sicherheit und Effizienz des Gesamtsystems verbessert.

„Es ist die Integration vieler Elemente. Bei der Entwicklung von Materialien für Teilsysteme geht es nicht nur darum, deren isolierte Performance zu optimieren, sondern zu verstehen, wie sie im Gesamtsystem funktionieren.“

Von der akademischen Forschung bis zum Aufbau des Labors

Sebastian promovierte in prozessbezogener Chemie an der Universität Oslo mit Schwerpunkt auf Katalyse und wasserstoffbasierten Reaktionen. Nach mehreren Jahren in der Wissenschaft wollte er sein Wissen über theoretische Modelle hinaus in praktische Anwendungen überführen.

Diese Gelegenheit ergab sich 2021, als Photoncycle-Gründer Bjørn Brandtzaeg mit einer Idee auf ihn zukam, die ihn sofort überzeugte.

„Bjørns Idee und ihr potenzieller Einfluss - vorausgesetzt, sie lässt sich technisch und wirtschaftlich realisieren - haben mich sehr angesprochen. Nicht nur die technischen Herausforderungen waren reizvoll, sondern auch die Mission und die mögliche gesellschaftliche Wirkung.“

Sebastian wurde erster Mitarbeiter von Photoncycle und übernahm den Aufbau des Unternehmenslabors in Oslo. Er leitete die frühe Materialvalidierung, definierte Testmethoden und trieb die Entwicklung und den Bau der ersten Systeme voran.

„Von Anfang an ging es nicht nur darum, ob es funktionieren kann – sondern ob es robust, skalierbar und für den Einsatz in Wohngebäuden geeignet ist. Alles, was wir seitdem getan haben, diente der Beantwortung dieser Frage.“

Wie Photoncycle Energie speichert

Photoncycle speichert überschüssige Solarenergie als Feststoff-Wasserstoff. Dabei wird Wasserstoff sicher in einem festen Material gebunden, anstatt als komprimiertes Gas oder Flüssigkeit gespeichert zu werden. Dies ermöglicht eine Speicherung bei niedrigem Druck und nahe Umgebungstemperatur, vereinfacht das Systemdesign und erhöht die Betriebssicherheit.

In einer typischen Installation kann die rund drei Kubikmeter große unterirdische Speichereinheit bis zu 10.000 kWh Energie speichern. So lässt sich im Sommer erzeugte Energie für die Nutzung in den Wintermonaten vorhalten, wenn Heiz- und Strombedarf am höchsten sind.

„Das Material absorbiert Wasserstoff auf molekularer Ebene“, erklärt Sebastian. „Dadurch können wir Energie kompakt und sicher über Monate speichern - genau das, was saisonale Speicherung erfordert.“

Bei Bedarf wird der Wasserstoff kontrolliert freigesetzt und in einer Brennstoffzelle wieder in Strom und Wärme umgewandelt. Eine Wärmepumpe erhöht die Gesamteffizienz, sodass sowohl elektrische Energie als auch nutzbare Wärme bereitgestellt werden. Wasserstoff wird nur bei Bedarf und in kontrollierten Mengen freigesetzt. Der Speicher selbst bleibt unter normalen Bedingungen in fester Form, ein inhärent selbstlimitierendes und sicheres Design.

Schrittweise, praxisorientierte Entwicklung

Obwohl Feststoff-Wasserstoffspeicherung seit Jahren erforscht wird, liegt der Fokus von Photoncycle darauf, sie durch eine sorgfältige, schrittweise Entwicklung auf Wohngebäudemaßstab zu bringen.

„Wir haben mit Validierung im Grammbereich begonnen, sind dann zu Kilogramm-Systemen übergegangen und arbeiten nun mit mehreren Dutzend Kilogramm pro Speichereinheit“, so Sebastian. „Jeder Schritt liefert reale Daten, die direkt in die Weiterentwicklung einfließen.“

Dieser Ansatz hat nun einen wichtigen Meilenstein erreicht: Die Pilotanlage in voller Skala ist in Betrieb. Erstmals werden alle Kernsubsysteme integriert getestet – einschließlich Steuerungsstrategien, Thermomanagement, Umwandlungsprozesse und Betriebsstabilität.

Der Pilot markiert den Übergang von Material- und Komponentenvalidierung hin zu einer ganzheitlich entwickelten Systemarchitektur. Der Fokus verschiebt sich von der isolierten Funktionsprüfung einzelner Technologien hin zur Optimierung des Gesamtsystems als robuste, integrierte Einheit.

„Wir können die Funktionalität nun in einem realistischen Maßstab demonstrieren“, erklärt Sebastian. „Das ist ein entscheidender Schritt in Richtung serienreifer Systeme.“

Ziel war nie nur ein Laborkonzept, sondern ein System für langfristig stabilen Betrieb in Wohnumgebungen. Der Pilot ermöglicht es, Integration, Sicherheitsmechanismen und Leistungsparameter weiter zu optimieren, während sich das Unternehmen der Skalierung nähert.

Saisonale Speicherung als Schlüssel der Energiewende

Mit zunehmendem Anteil erneuerbarer Energien wird Langzeitspeicherung zu einer strukturellen Notwendigkeit. Batterien sind äußerst effektiv für kurzfristige Speicherung, aber nicht dafür ausgelegt, große Energiemengen über Monate hinweg zu speichern.

„Dezentrale Langzeitspeicher können viele der heutigen Herausforderungen im Energiesystem lösen“, sagt Sebastian. „Die Erzeugung erneuerbarer Energie ist nicht mehr das Hauptproblem. Entscheidend ist, sie effizient, sicher und im richtigen Maßstab zu speichern.“

Mit einer saisonalen Speicherkapazität von 10.000 kWh, einer vollständig integrierten Umwandlungskette und einer in Betrieb befindlichen Pilotanlage führt Photoncycle saisonale Energiespeicherung von der Theorie in die ingenieurtechnische Realität.

Für Hausbesitzer bedeutet das Zugang zu einem System, das von Grund auf für eine zuverlässige, ganzjährige Energieautarkie entwickelt wurde.

Zentrale Merkmale des Photoncycle-Systems
• Saisonale Speicherkapazität von bis zu 10.000 kWh pro Haushalt
• Feststoff-Wasserstoffspeicherung bei niedrigem Druck und nahe Umgebungstemperatur
• Integrierte Erzeugung von Strom und Wärme
• Konzipiert für sichere, dezentrale und langfristige Energiespeicherung