De zonne-energiesector kampt al jaren met interseizoensgebonden energieopslag. Het vermogen om overtollige zonne-energie in de zomermaanden te benutten voor gebruik in de winter is een ongrijpbaar doel gebleven, waarbij bestaande oplossingen zoals batterijen tekortschieten vanwege de onbetaalbare kosten en de beperkte levensduur. Ondertussen is waterstof, ondanks zijn schone verbrandingseigenschappen, buitenspel gezet vanwege inefficiëntie en hoge kosten.
Photoncycle – een startup die uit de diepten van een versneller op het Oslo Science Park in Oslo, Noorwegen tevoorschijn komt – werkt aan een oplossing. Met een visie zo helder als de zomerzon beweert de startup dat zijn solide, op waterstof gebaseerde technologie efficiënter energie kan opslaan in een ammoniaksynthesereactor. De claim is dat deze technologie opslag kosteneffectiever maakt dan welke batterij of vloeibare waterstofoplossing dan ook op de markt.
Een schema van hoe Photoncycle zijn volledige systeem voorstelt wanneer het in een huis wordt geïnstalleerd. Afbeeldingscredits: Fotoncyclus
“Lithium-ionbatterijen gebruiken dure metalen. Ons materiaal is supergoedkoop: voor opslag kost 10.000 kilowattuur ongeveer €1500, dus dat is zo goed als niets. Bovendien is onze opslagoplossing 20 keer groter dan een lithium-ionbatterij en verspil je geen stroom”, legt oprichter en CEO Bjørn Brandtzaeg uit in een interview met TechCrunch. “Dat betekent dat we een systeem hebben waarin je energie in de loop van de tijd kunt opslaan, waardoor seizoensopslag mogelijk is. Het is iets heel anders dan traditionele batterijen.”
De fotocyclus gebruikt water en elektriciteit om waterstof te produceren. Dat is op zichzelf niet ongebruikelijk als je de technologie van brandstofcelvoertuigen volgt. De aanpak van het bedrijf omvat echter een innovatieve draai: een omkeerbare hogetemperatuurbrandstofcel. Deze geavanceerde brandstofcel kan binnen dezelfde eenheid waterstof produceren en elektriciteit opwekken.
De kern van de innovatie van Photoncycle ligt in de behandeling van waterstof. Ze verwerken de waterstof en gebruiken de technologie ervan om deze in vaste vorm om te zetten en op te slaan. Het bedrijf beweert dat deze opslagmethode niet alleen veilig is, dankzij het niet-ontvlambare en niet-explosieve karakter van de vaste stof, maar ook zeer efficiënt. Het maakt waterstofopslag mogelijk met dichtheden die ongeveer 50% hoger zijn dan die van vloeibare waterstof, wat een aanzienlijke vooruitgang betekent op het gebied van waterstofopslagoplossingen. Deze innovaties vormen de hoeksteen van het systeem van Photoncycle en maken de veilige en dichte opslag van waterstof mogelijk, wat volgens het bedrijf een gigantische stap voorwaarts betekent in de energietechnologie.
De huidige oplossingen voor schone energie, zoals zonne-energie op daken, worden beperkt door een inconsistente stroomvoorziening als gevolg van de onvoorspelbare aard van de weersomstandigheden. Een robuuste, herbruikbare oplossing voor energieopslag zou deze tijden kunnen overbruggen en een constante energievoorziening kunnen garanderen wanneer deze duurzame energiebronnen met onvermijdelijke stroomuitval te maken krijgen.
Geweldig in theorie, maar niet zonder zijn eigen uitdagingen.
“Nederland is het land in Europa met de hoogste dichtheid aan zonne-energie op daken. Nu zien we een enorme stijging als gevolg van de hoge energieprijzen; iedereen wil zonne-energie op het dak”, zegt Brandtzaeg. Hij voegt er echter aan toe dat deze methode een averechts effect kan hebben op huiseigenaren: “Afgelopen juli werd in Nederland midden op de dag om je elektriciteit te exporteren moest je 500 euro per megawattuur betalen.”
Door energieopslag te plaatsen naast een huis dat effectief energie produceert, kunnen woningen van het elektriciteitsnet worden gehaald. Photoncycle zegt dat het de belangrijkste componenten van zijn oplossing heeft getest en eraan heeft gewerkt. De volgende stap is om deze in het systeem te integreren. Als dit lukt, zegt het bedrijf dat het Powerwall, de lithium-ionbatterijoplossing van Tesla, ernstig kan uitdagen.
David Gerez, CTO bij Photoncycle, en Ole Laugerud, scheikundige bij Photoncycle, in het speciaal gebouwde laboratorium van Photoncycle, dat al bijna twee jaar in gebruik is. Afbeeldingscredits: Fotoncyclus
“Dit is een relatief complex systeem – daarom werken er zoveel PhD’s in verschillende disciplines aan. De reden dat Elon Musk zei dat waterstof stom is, is omdat als je elektriciteit omzet in waterstof en weer terug, je veel energie verliest”, zegt Brandtzaeg. Hij gelooft dat zijn bedrijf deze bug in een functie kan veranderen. “In een woonomgeving waar 70% van de energiebehoefte voor verwarming gaat, bestaat de mogelijkheid om deze overtollige warmte te gebruiken voor de warmwatervoorziening. We zullen ons richten op markten waar mensen momenteel aardgas gebruiken voor verwarming en vervolgens de gasboiler in huis vervangen door gebruik te maken van de bestaande watergebaseerde infrastructuur.”
Het vertrouwen van Brandtzaeg in het operationele raamwerk van het concept is overtuigend. Hij wees naar een klein model van hun aandrijving in hun laboratoria, verkleind tot het formaat van een auto-accu. Brandtzaeg is van mening dat deze schaalvergroting naadloos moet verlopen en noemt dit de belangrijkste reden waarom ze er vertrouwen in hadden om verder te gaan met het project.
Als het gaat om het leveren van stroom, duurt het een tijdje voordat waterstof elektriciteit opwekt, dus terwijl het wordt verzameld, vertrouwt het bedrijf op een tussenliggende, meer conventionele batterij om de belasting in evenwicht te brengen. Het bedrijf heeft zeker de aandacht van investeerders: Fotoncyclus heeft zojuist $5,3 miljoen (€5 miljoen) opgehaald om de eerste paar energieopslagapparaten te bouwen in Denemarken, dat Photoncycle als testmarkt heeft gekozen.
“We hadden tien keer meer kunnen inzamelen dan we deden, gezien de belangstelling. Maar na deze verhoging ben ik nog steeds meerderheidsaandeelhouder”, zegt Brandtzaeg. “Ik wilde de controle over het bedrijf zo lang mogelijk behouden en niet meer kapitaal aantrekken dan we nodig hebben om deze dienst op de markt te brengen.”