AEM 수전해는 정말 아직 이른 기술일까요? 검증 수준과 판단 기준

안녕하세요, AEM 수전해 기술로 청정수소 생산 단가를 낮추고 있는 HydroXpand입니다.

수전해 도입을 검토하시는 분들과 이야기하다 보면 거의 매번 나오는 질문이 있습니다.

'AEM은 아직 검증이 덜 된 기술 아닌가요?'

상용 실적이 적지 않냐, 막이 오래 못 버틴다고 들었다, 알칼라인이 이미 검증됐는데 굳이 바꿀 이유가 있냐는 질문입니다.

오늘은 이 질문을 정리해보겠습니다. 이 글은 그 지적을 반박하는 글이 아닙니다. 그 지적이 어디까지 사실이고, 저희가 숫자로 보여드릴 수 있는 것은 무엇이고, 그래서 어떤 조건이라면 AEM이 맞는 선택이고 어떤 조건이라면 아직 아닌지를 정리하는 글입니다. 사내에서 '왜 AEM인가'를 설명해야 하는 실무자분들께 판단의 근거가 되길 바랍니다.

AEM 검증 수준, 핵심만 먼저

이 글의 결론을 먼저 정리합니다.

첫째, 상용 이력이 짧다는 지적은 사실입니다. 알칼라인은 100년 넘게, PEM은 60년 넘게 쓰였고 AEM은 세 방식 중 가장 늦게 출발했습니다.

둘째, 그래서 판단 기준은 이력이 아니라 데이터가 되어야 합니다. 저희는 2 kW 스택을 2,281시간 연속 운전한 공개 구간의 시험 조건, 열화율, 셀 편차, 가스 지표를 모두 공개하고 있습니다.

셋째, 열화율 숫자는 어느 구간을 어떻게 계산했는지 확인하지 않으면 비교 자체가 성립하지 않습니다.

넷째, 저희가 아직 검증하지 않은 범위도 있습니다.

다섯째, AEM이 모든 용도에 맞는 것은 아닙니다. 맞는 조건과 아닌 조건을 마지막에 정리했습니다.

상용 이력의 차이는 사실입니다

'아직 이르다'는 지적에는 근거가 있습니다. 수전해 세 방식의 이력을 나란히 놓으면 차이가 분명합니다.

알칼라인 수전해는 100년 이상 산업 현장에서 검증됐고, 대형 프로젝트 실적도 가장 많습니다. PEM 수전해의 역사도 60년이 넘습니다. 반면 AEM 수전해는 실증에서 초기 상용으로 넘어가는 단계입니다. 저희가 수전해 효율 비교 글에서 직접 정리했던 그대로입니다.

막 내구성이 과제라는 지적도 근거가 있는 이야기입니다. 음이온교환막의 장기 안정성은 알칼라인의 다이아프램이나 PEM의 불소계 막에 비해 축적된 데이터가 적습니다. 업계 전체로 보면 AEM은 세 방식 중 개선할 여지가 가장 많이 남은 기술이 맞습니다.

그렇다면 질문은 이렇게 바뀌어야 합니다.

‘이력이 짧은 기술을 검토할 때 무엇을 근거로 판단해야 할까?’ 저희의 답은 하나입니다. 판매자가 데이터를 조건까지 붙여서 얼마나 구체적으로 공개하는가입니다.

공개하고 있는 2,281시간 연속 운전 데이터

저희가 공개하고 있는 데이터를 조건과 함께 그대로 옮깁니다.

HXS-2 2 kW 스택(23셀 풀스택)을 0.3 M KOH 전해액, 40도, 50 A 정전류 조건에서 상압으로 연속 운전했습니다. 공개 구간은 2,281시간으로 약 95일입니다.

이 기간 셀 전압은 1.699 V에서 1.907 V로 변했고, 전 구간에 선형 피팅을 적용한 열화율은 셀당 약 80.2 µV/h입니다. 가속 열화 징후(시간이 갈수록 성능 하락이 빨라지는 신호)는 관찰되지 않았습니다. 유량계와 가스 측정기는 KOLAS 교정을 받은 장비를 썼습니다. 스택의 최신 연속 운전 실적은 2,400시간을 넘겼고, 공개 가능한 구간이 2,281시간입니다.

전압 추세만 공개하는 것이 아닙니다. 같은 운전에서 셀 사이 전압 표준편차가 0.010 V에서 0.020 V로 변한 것, 수소 속 산소 농도가 최대 0.10%였다는 것까지 공개 범위에 있습니다. 상세한 조건과 그래프는 내구 데이터 기술 노트에 있습니다.

여기서 중요한 것은 2,281이라는 숫자 자체가 아닙니다. 어떤 조건에서 쟀는지, 열화율을 어떻게 계산했는지, 전압 말고 무엇을 함께 봤는지가 전부 확인이 가능하다는 점입니다. 그래서 열화율 숫자를 읽는 방법을 다음 섹션에 따로 정리했습니다.

열화율 숫자를 읽는 법

수전해 자료를 몇 개 비교해보신 분이라면 열화율 숫자가 회사마다 크게 다르다는 것을 보셨을 겁니다. 시간당 몇 µV라는 아주 낮은 숫자도 있고, 저희처럼 80 µV/h대를 공개하는 곳도 있습니다. 이 차이를 성능 차이로만 읽으면 판단을 그르치기 쉽습니다.

같은 스택이라도 열화율은 계산하기에 따라 달라집니다.

첫째, 어느 구간을 잘랐는가입니다. 새 막전극접합체는 초기 운전에서 전압이 안정되기까지 출렁입니다. 안정된 구간만 골라 계산하면 숫자가 작아지고, 저희처럼 처음부터 끝까지 전 구간을 피팅하면 보수적인 숫자가 나옵니다.

둘째, 셀당으로 나눴는가입니다. 스택마다 셀 수가 달라서 셀당 수치로 바꾸지 않으면 비교가 성립하지 않습니다.

셋째, 어떤 조건에서 쟀는가입니다. 전류밀도, 온도, 전해액 농도가 다르면 같은 스택도 다른 숫자를 냅니다. 실제로 저희 쇼트스택 시험에서 전류를 50 A에서 80 A로 올리자 열화율이 88.9에서 93.9 µV/h로 달라졌습니다. 출력을 높이면 열화도 빨라지는 것이 물리적으로 자연스럽고, 저희는 그 관계까지 공개합니다.

그래서 어느 회사 자료든 열화율 숫자를 보실 때는 세 가지를 물으시면 됩니다. 어느 시간 구간을 피팅했는지, 셀당 수치인지, 운전 조건이 명시돼 있는지. 이 질문에 답이 붙어 있지 않은 숫자는 판단 근거로 쓰기 어렵습니다.

검증된 범위와 검증 진행 중인 범위

위 데이터가 보증하는 범위와 그렇지 않은 범위는 구분할 필요가 있습니다.

확인된 것은 이렇습니다. 0.3 M KOH, 40도, 정전류라는 명시된 조건에서 2,281시간 이상 연속 운전이 가능하고 가속 열화가 없었다는 것, 완제품 기준으로 10 barg 압력 출력의 연속 운전이 검증됐다는 것입니다.

검증이 진행 중인 범위는 다음과 같습니다. 재생에너지 연계 현장처럼 부하가 계속 바뀌는 조건의 장기 검증은 별도로 필요하고, 자주 켰다 껐다 하는 반복 기동과 정지의 장기 시험은 진행 중입니다. 더 높은 온도나 가압 조건의 장기 내구도 지금 공개된 데이터의 범위 밖입니다. 30 kW 스택은 파일럿 개발 단계로, 축소판 시험을 거쳐 정식 사양으로 가는 중입니다.

여기서 중요한 것은 2,281이라는 숫자 자체가 아닙니다. 어떤 조건에서 쟀는지, 열화율을 어떻게 계산했는지, 전압 말고 무엇을 함께 봤는지가 전부 붙어 있다는 점입니다.

그래서 AEM은 언제 맞는 선택일까요?

이력과 데이터를 다 놓고 나면 남는 것은 용도와의 궁합입니다.

지금 당장 수십 MW 이상을 안정적으로 돌려야 한다면 알칼라인이 현실적입니다. 검증된 실적이 가장 많고 대형 프로젝트 리스크가 가장 작습니다. 초 단위의 급격한 출력 변동 대응이 검증까지 요구되는 조건이라면 PEM이 앞서 있습니다. 다만 이리듐 같은 귀금속 공급 리스크를 장기 계획에 넣으셔야 합니다.

AEM이 적합한 경우는 이렇습니다.

연구와 평가, 파일럿, 중소 규모 도입처럼 지금 확보된 검증 범위 안에서 시작할 수 있는 용도, 귀금속과 특정 소재 공급망 의존을 처음부터 줄이고 싶은 경우, 그리고 도입 단가와 유지 구조까지 총비용 관점으로 보는 경우입니다. 세 방식의 구조적 차이가 궁금하시면 수전해 3종 비교글에, AEM의 작동 원리는 AEM 수전해란 글에 정리돼 있습니다.

반대로 위 조건에 해당하지 않는 분께는 저희가 AEM을 권할 이유가 없습니다. 기술마다 맞는 자리가 다르고, 그 판단을 돕는 것이 이 글의 목적입니다.

수전해 공급사를 검토할 때 요청할 자료 4가지

'왜 AEM인가'를 사내에 설명해야 하는 분이라면 어느 공급사를 검토하시든 아래 네 가지를 요청해 보시길 권합니다.

첫째, 장기 운전의 전체 구간 데이터와 열화율 산정 구간,
둘째, 평균이 아닌 셀별 전압 분포. 약한 셀 하나가 스택의 정비 시점을 결정하기 때문입니다.
셋째, 가스 순도와 크로스오버 지표. 전압이 안정적이어도 가스 지표가 나쁘면 안전과 품질 문제가 됩니다.
넷째, 모든 수치의 운전 조건 명시입니다.

저희 기준으로 말씀드리면 제품 6종의 데이터시트는 양식 입력 없이 공개돼 있고, 정전류 내구 시험의 원자료는 요청하시면 제공합니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q. 스택은 몇 년이나 쓸 수 있나요?

수명은 운전 조건과 부하 패턴에 따라 달라져서 햇수 하나로 답하기 어렵습니다. 그래서 저희는 보증 햇수 대신 조건이 명시된 장기 운전 데이터를 공개하고 있습니다. 계획하신 용도와 운전 조건을 알려주시면 그 기준으로 안내드립니다.

Q. 다른 회사 자료에는 훨씬 낮은 열화율이 적혀 있던데, 어느 쪽을 믿어야 하나요?

산정 방식을 확인하기 전에는 비교 자체가 어렵습니다. 저희 숫자는 초기 안정화 구간까지 포함한 전 구간 피팅 값이라 보수적으로 나온 값이고, 안정 구간만 잘라 계산하면 같은 데이터에서도 더 낮은 숫자가 나옵니다. 어느 회사 자료든 피팅 구간, 셀당 여부, 운전 조건을 함께 요청해서 같은 기준으로 놓고 비교하시면 됩니다.

Q. 태양광에 연결해서 쓸 계획인데 괜찮은가요?

가능합니다만, 부하가 계속 바뀌는 조건의 장기 검증은 정전류 시험과 별개이며 공개 범위에는 아직 그 데이터가 없습니다. 발전 프로필을 알려주시면 현 단계의 권고 운전 범위를 조건과 함께 안내드립니다.

Q. 구매를 결정하기 전에 원자료를 받아볼 수 있나요?

제품 데이터시트 6종은 자료실에 공개돼 있습니다. 정전류 내구 시험 원자료는 요청하시면 제공합니다.

HydroXpand를 더 알아보시려면

HydroXpand는 AEM 수전해를 소재부터 시스템까지 수직 내재화한 회사이며, 12개국의 연구기관과 산업체에 전극, 스택, 시스템을 공급하고 있습니다.

2,281시간 데이터의 전체 그래프와 시험 조건, 제품별 상세 사양, 세 방식의 정량 비교는 회사소개서에 정리돼 있습니다. AEM이 용도에 맞는지 검토 중이시라면 아래의 회사소개서에서 판단에 필요한 정보를 확인하실 수 있습니다.