PEM과 AEM 중 무엇이 맞을까요? AEM이 맞지 않는 세 가지 경우

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

수전해 도입을 검토하시는 분이 저희에게 가장 자주 묻는 것은 PEM과 AEM 중 어느 쪽이 맞느냐입니다. 방식의 원리와 장단점을 비교한 글은 이미 여러 편 있으니 오늘은 반대 방향에서 정리해보겠습니다. 어떤 프로젝트에는 저희 제품이 맞지 않는지를 먼저 말씀드리고 그다음에 잘 맞는 조건을 적겠습니다. 실제로 저희는 맞지 않는 문의에는 그렇게 답해 왔고 그 편이 문의하시는 분의 시간을 아낍니다. 수전해 공급사를 비교 중이신 분과, 자기 프로젝트에 AEM이 맞는지 판단하려는 분께 도움이 되는 내용입니다.

PEM과 AEM 중 무엇이 맞을까요

수십 MW급 프로젝트, 사양서에 PEM이 지정된 프로젝트, 이미 자체 알칼라인 설비를 운영 중인 현장에는 저희 제품이 맞지 않습니다. 여기에 더해 30 bar 이상 직출력이나 야외 설치처럼 저희가 검증하지 않은 운전 조건을 요구하는 경우에도 가능하다고 답하지 않습니다. 반대로 하루 15 kg 이하의 수소를 검증된 조건 안에서 만들려는 현장, 소재와 스택을 직접 평가하려는 연구, 자체 시스템에 스택을 통합하려는 개발에는 잘 맞습니다.

규모가 맞지 않는 경우가 있습니다. 현재 판매 중인 제품은 2 kW 시스템과 스택, 그리고 HXS-30 46셀·30 kW급 풀스택입니다. 수십 MW급은 저희 몫이 아닙니다.

방식이 맞지 않는 경우가 있습니다. PEM 방식을 지정한 프로젝트와 자체 알칼라인 설비를 이미 갖춘 현장입니다.

조건이 맞지 않는 경우가 있습니다. 검증한 범위 밖의 압력, 전해액 농도, 설치 환경, 통신 규격은 가능하다고 답하지 않습니다.

잘 맞는 조건도 분명합니다. 하루 1 kg에서 15 kg 사이, 연구와 평가, 자체 통합, 재생에너지 연계입니다.

규모가 맞지 않는 경우

수십 MW급 수전해 설비를 찾는 곳에는 저희 제품이 맞지 않습니다. 실제로 20 MW급 프로젝트 문의를 받은 적이 있고 정중히 맞지 않는다고 답했습니다.

이유는 판매 사양이 분명하기 때문입니다. 지금 살 수 있는 것은 2 kW 시스템과 2 kW 스택, 시험 셀과 전극, 그리고 HXS-30 46셀·30 kW급 풀스택입니다. HXS-30은 첫 구동을 마치고 장기 평가 운전 중이며 실측 데이터와 설계값을 구분해 제공합니다. 30 kW 시스템 완제품은 2027년 2분기 출시 목표입니다. 250 kW와 1 MW 구성은 그다음 개발 로드맵이며 현재 판매 사양이 아닙니다.

현재 완제품 시스템은 2 kW 단위를 여러 대 묶는 구성을 검토할 수 있습니다. 더 큰 스택이 필요하면 유닛당 하루 15 kg 설계 기준의 HXS-30 46셀 풀스택을 구입할 수 있으며, BoP·전력·제어·안전 계통은 별도로 통합해야 합니다. 수십 MW급을 지금 발주해야 하는 프로젝트라면 상용 실적이 쌓인 알칼라인이나 PEM 공급사가 맞습니다.

방식이 맞지 않는 경우

저희는 AEM 방식의 전극과 스택, 시스템만 만듭니다. 그래서 두 경우에는 처음부터 맞지 않습니다.

첫째, 사양서에 PEM이 지정된 프로젝트입니다. 발주 조건에 산성막 방식이 명시돼 있거나 기존 PEM 설비와 같은 방식으로 증설해야 하는 경우입니다. 저희 스택은 음이온교환막을 쓰고 알칼리 전해액으로 운전하므로 PEM 사양을 대체할 수 없습니다. 이런 문의에는 PEM 공급사를 찾으시라고 답합니다.

둘째, 이미 자체 알칼라인 설비를 운영 중인 현장입니다. 액체 전해질과 다공성 격막을 쓰는 알칼라인 설비가 있고 그 설비를 증설하는 것이 목적이라면 같은 방식으로 늘리는 쪽이 맞습니다. 전해액 관리와 운전 절차가 이미 그 방식에 맞춰져 있기 때문입니다.

방식 자체의 우열을 말하는 것이 아닙니다. 알칼라인은 재료가 싸고 상용 실적이 가장 많으며, PEM은 성능이 높은 대신 귀금속 의존도가 큽니다. AEM은 두 방식의 가운데를 노리는 3세대 기술입니다. 어느 방식이 맞는지는 프로젝트 조건이 정하고 방식이 이미 정해진 프로젝트에는 저희가 제안할 것이 없습니다.

조건이 맞지 않는 경우

규모와 방식이 맞더라도 운전 조건이 검증 범위 밖이면 저희는 가능하다고 답하지 않습니다. 자주 받는 질문 기준으로 정리하면 다음과 같습니다.

30 bar 이상 직출력입니다. 2 kW 시스템의 공급 사양은 상압과 10 barg이고 10 barg 운전 검증은 마쳤습니다. 30~35 bar 직출력은 현재 판매 사양이 아니고 검증되지 않았습니다. 그 압력이 필요하면 하류에 부스터나 압축기를 두는 구성으로 안내합니다.

전해액 농도가 낮은 조건입니다. 공개 데이터와 공급 사양은 0.1~1 M KOH 기준입니다. pH 11처럼 알칼리 농도가 그보다 100배 낮은 조건은 시험한 적이 없고 운전 하한으로 정해 둔 값도 없어서 지금 단계에서는 가능하다고 답하지 않습니다.

야외 설치입니다. 운전 온도 5~45도의 실내 설치를 권장하고 보호 등급은 IP20입니다. 야외 설치는 표준 구성으로 권장하지 않으며 필요하면 외함과 공조를 따로 협의합니다.

연료전지 시험대로 쓰는 것입니다. 2 kW 시스템은 스택에 전류를 밀어 넣는 수전해 장비라 작동 방향이 반대입니다. 셀에서 전류를 빼내는 전자부하와 가습, 배압 제어가 없어서 현재 형태로는 불가능합니다.

넓은 범위의 전류·전압 스윕을 단독으로 하는 것입니다. 내장 전원이 2 kW 스택의 운전 구간에 맞춰져 있어 자유로운 스윕은 되지 않습니다. i-V 곡선 측정이나 단전지 평가처럼 넓은 범위가 필요하면 별도 프로그래머블 전원을 함께 쓰는 구성을 권합니다.

Modbus만 받는 상위 시스템입니다. 인터페이스는 이더넷 기반 MQTT이고 Modbus RTU와 TCP는 지원하지 않습니다.

러시아 TR/TS 인증이 필요한 경우입니다. 2 kW 시스템은 제조자 EU 적합성 선언과 CE 표시를 적용했고 TR/TS 인증은 보유하지 않습니다. 그 외 지역 인증은 대상 국가와 용도를 알려주시면 함께 검토합니다.

양산형 스택의 유로 형상을 바꾸는 것입니다. 2 kW와 30 kW 스택은 금형으로 만든 분리판을 쓰므로 내부 유로 변경을 지원하지 않습니다. 유로 맞춤은 시험 셀에서만 가능합니다.

표준보다 훨씬 높은 전해액 유량입니다. 전해액 유량은 4 L/min 기준이고 허용 범위는 1~10 L/min입니다. 그보다 높은 유량이 불가능한 것은 아니지만 저희가 그 조건으로 직접 운전해 검증한 데이터가 없어서 성능과 수명을 숫자로 보장하기 어렵습니다. 유량이 오르면 스택 내부 유로에서 차압이 커져 양극과 음극 사이 압력차가 벌어지기 때문입니다.

건조기까지 포함된 완제품을 기대하는 경우입니다. 2 kW 시스템의 표준 구성에는 건조기가 들어 있지 않습니다. 모듈형 건조기는 개발 중이고 즉시 필요하면 요구 조건에 맞는 협력사 제품을 추천합니다. 건조기를 붙이면 수소 순도 99.999% 이상을 확인했습니다.

검증하지 않은 범위는 숫자로 보장하지 않습니다. 조건을 알려주시면 시험 가능성과 확인 방법을 검토해 회신합니다.

검증한 범위만 답하는 이유

위 조건에 가능하다고 답하지 않는 것은 공개 데이터의 범위와 답변의 범위를 같게 두기 때문입니다.

홈페이지에 공개한 장기 운전 데이터와 가압 운전 데이터, 부하별 가스 농도 데이터는 각각 시험 조건이 정해져 있습니다. 그 조건 밖의 성능은 저희도 숫자로 보장할 수 없습니다. 검증하지 않은 조건에 가능하다고 답하고 설비를 들인 뒤에 문제가 생기면 그 비용은 도입한 쪽이 집니다.

그래서 맞지 않는 문의에는 맞지 않는다고 답하고 조건이 애매하면 시험해 볼 수 있는지부터 검토합니다. 표준 구성이 아닌 주문 제작의 경우에도 공개된 성능·내구 데이터를 그대로 적용하지 않고 어디까지 검증된 범위인지를 견적과 함께 명시합니다.

반대로 잘 맞는 조건

맞지 않는 경우를 빼고 나면 저희 제품이 맞는 조건이 남습니다.

첫째, 하루 1 kg에서 15 kg 사이의 수소가 필요한 현장입니다. 소량의 수소를 상시 쓰지만 실린더 배송이 부담인 곳, 소형 모빌리티 충전용 현장 생산이 여기에 해당합니다. 2 kW 시스템 한 대에서 여러 대 묶음까지로 대응합니다.

둘째, 소재와 스택을 직접 평가하려는 연구입니다. 전극 단품과 1~25 cm² 시험 셀, 쇼트스택으로 단전지부터 쇼트스택까지 같은 하드웨어에서 평가할 수 있습니다. 저희 MEA와 타사 MEA 모두 호환됩니다.

셋째, 자체 시스템에 스택을 통합하려는 개발입니다. 2 kW 스택을 BOP 통합용으로 공급하고 연결 사양과 설계 입력값을 스택 통합 가이드로 공개합니다. 설계 단계부터 사양을 맞춰 가는 방식으로 진행합니다.

넷째, 재생에너지에 연계해 부하가 변하는 운전입니다. 부분부하 운전의 하한과 여러 대 운용 방법까지 공개된 기준이 있습니다. 상압과 10 barg 중 하나를 소프트웨어에서 고를 수 있어 뒤에 붙는 저장 설비에 맞춥니다.

현장에 상주하지 않고 운전하는 실증 과제도 맞는 쪽입니다. 데스크톱 앱을 실행하는 컴퓨터에 원격 접속해 현장 밖에서 모니터링과 제어를 할 수 있고 급수는 내장 펌프가 자동으로 보충합니다.

여기에 하나를 더하면 이리듐을 쓰지 않는 양극입니다. 양극은 니켈철 기반 비귀금속 촉매이고 음극은 저로딩 백금계 촉매입니다. 귀금속 공급망 의존을 처음부터 줄이고 싶은 프로젝트라면 이 점이 판단 기준이 됩니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q. PEM 스택도 만드나요?

만들지 않습니다. 저희는 AEM 방식의 전극과 스택, 시스템만 개발하고 제조합니다. 사양서에 PEM이 지정돼 있다면 PEM 공급사를 찾으시는 것이 맞습니다.

Q. 20 MW 프로젝트인데 참여할 수 있나요?

지금은 맞지 않습니다. 2 kW 시스템과 스택, HXS-30 46셀·30 kW급 풀스택은 현재 판매 중이지만, 250 kW와 1 MW 완제품 구성은 개발 로드맵입니다. 그 규모를 지금 발주해야 한다면 상용 실적이 있는 알칼라인이나 PEM 공급사가 맞습니다.

Q. 30 bar로 바로 뽑아야 하는데 되나요?

직출력은 10 barg까지입니다. 30~35 bar 직출력은 판매 사양이 아니고 검증되지 않았습니다. 그 압력이 필요하면 하류에 부스터나 압축기를 두는 구성을 안내합니다.

Q. 순도 99.999%가 필요한데 표준 구성으로 되나요?

표준 구성만으로는 안 됩니다. 건조기를 붙였을 때 99.999% 이상을 확인했고 건조기는 표준 구성에 포함되지 않습니다. 모듈형 건조기를 개발 중이며 그 전에는 협력사 제품을 추천합니다.

Q. 야외에 설치해도 되나요?

표준 구성으로는 권장하지 않습니다. 실내 5~45도 환경이 기준이고 보호 등급은 IP20입니다. 야외가 불가피하면 외함과 공조를 따로 협의합니다.

HydroXpand를 더 알아보시려면

HydroXpand는 AEM 수전해를 소재부터 시스템까지 수직 내재화한 회사이며 10개국 이상의 연구기관과 산업체에 전극, 스택, 시스템을 공급하고 있습니다.

제품별 판매 상태와 검증 범위, 세 방식의 정량 비교, 스케일업 로드맵은 회사소개서에 정리돼 있습니다. 자기 프로젝트에 AEM이 맞는지 판단 중이시라면 소개서에서 필요한 정보를 확인하실 수 있습니다.