실험실-4) 고분자전해질막 수전해 (PEM Water Electrolysis) - 개요

 

 

PEM 수전해 기술: 투자자 발표용 상세 기술 보고서

핵심 요약

Proton Exchange Membrane (PEM, 고분자 전해질막) 수전해는 고분자 막을 전해질로 활용하여 물을 전기 분해함으로써 고순도 수소를 생산하는 기술입니다. 이 기술은 재생에너지로부터 전력을 공급받아 탄소 배출 없이 수소를 생성하며, 부산물로 산소만을 배출합니다. PEM 수전해는 1960년대에 처음 개발된 이후 지속적인 발전을 거듭해왔으며, 현재 높은 전류 밀도와 빠른 출력 조절 능력으로 풍력·태양광 등의 변동성이 큰 전원과 연계하기에 적합한 기술로 평가받고 있습니다. 다만 촉매로 백금/이리듐 등의 희귀 금속을 사용하기 때문에 초기 투자비용이 높고, 장비 수명 및 소재 비용 개선이 과제로 남아 있습니다. 글로벌 수전해 시장은 그린 수소 수요 증가에 힘입어 폭발적인 성장세를 보이고 있으며, 향후 5~10년간 기술 혁신과 규모의 경제를 통해 효율 향상과 비용 절감이 가속화될 전망입니다. 본 보고서에서는 PEM 수전해 기술의 개발 역사, 작동 원리와 특징, 장단점, 향후 시장 및 기술 전망을 정리하였으며, 마지막으로 글로벌 주요 관련 기업들을 기술 중심으로 소개합니다.

2. PEM 수전해 기술의 역사적 발전 과정과 주요 마일스톤

PEM 수전해 기술은 20세기 중반에 등장한 이후 꾸준히 발전해 왔습니다. 주요 역사와 마일스톤은 다음과 같습니다:

• 1960년대: 미국 GE(General Electric)에서 최초로 고분자전해질막을 이용한 수전해 시스템을 개발했습니다. Thomas Grubb와 Leonard Niedrach 등의 연구를 통해 기존 알칼라인 수전해의 한계를 극복하고자 한 것으로, 1.88V에서 1.0 A/cm²의 전류 밀도를 달성하여 당시 알칼라인 대비 뛰어난 효율을 입증했습니다.
• 1970~80년대: PEM 기술이 우주 및 군사 분야에 적용되기 시작했습니다. 1970년대 중반 GE는 잠수함용 산소 발생기 등 해군 생명유지 장치에 PEM 수전해를 도입했고, 그 결과 미국 해군과 영국 해군 잠수함에서 1980년대 초에 해당 기술을 채용했습니다. 한편 1970년대 후반~1980년대 초에는 PEM의 높은 전류 밀도 성능이 주목받으면서 알칼라인 수전해의 대안으로 폴리머 전해질 연구가 활발히 진행되었습니다.
• 1990~2000년대: 고분자막(나피온® 등)과 촉매 내구성 향상을 위한 연구가 지속되어, PEM 연료전지 기술과 상호 발전을 이루었습니다. 캐나다의 Ballard 등 연료전지 기업들의 발전과 더불어, 미국 Proton OnSite(전 Proton Energy Systems) 등의 기업이 소규모 PEM 전해장치를 상용화하여 산업 및 연구용으로 공급하기 시작했습니다.
• 2010년대: 신재생에너지 연계 그린 수소 생산이 부각되면서, PEM 수전해 시스템의 대형화와 상용 프로젝트가 본격화되었습니다. Siemens Energy는 2015년 독일에 세계 최대 규모의 PEM 수전해(Power-to-Gas) 플랜트를 구축하는 등 수 MW 급 설비를 선보였고, ITM Power 등도 유럽에서 풍력 연계 수전해 실증 프로젝트를 수행했습니다. 2019년에는 캐나다 Hydrogenics 사(후에 Cummins에 인수)가 프랑스 Air Liquide와 협력하여 20MW급 PEM 수전해 공장을 가동, 당시 세계 최대 PEM 전해설비 기록을 세웠습니다.
• 2020년대: 그린 수소 수요 폭증에 따라 PEM 수전해의 규모가 급격히 확대되고 있습니다. 2022년 Siemens Energy는 독일 바이에른주의 Wunsiedel에 8.75MW급 PEM 수전해 플랜트를 준공하였으며, 연간 1,350톤의 그린 수소 생산능력을 확보했습니다. 현재 전세계 누적 수전해 설비 용량은 약 1.4GW에 이르며, 2022년에 비해 2배 이상 증가했습니다. 다수의 국가에서 대규모 수소 프로젝트를 발표함에 따라, 2030년까지 전세계 수전해 설비가 230GW 이상으로 확대될 수도 있다는 전망이 나오고 있습니다. 이처럼 PEM 수전해 기술은 파일럿 단계를 넘어 본격적인 상용화·대형화 단계에 진입하고 있습니다.

3. PEM 수전해 기술의 주요 특징과 작동 원리

3.1 작동 원리

PEM 수전해 셀은 양쪽 전극 사이에 고분자 전해질막(양성자 교환막)이 삽입된 형태로 구성됩니다. 물을 산소극(산화전극) 측에 공급하여 전기에너지를 가하면, 산소극(산화전극)에서는 물 분자가 산소 기체(O₂)와 양성자(H⁺), 전자(e⁻)로 분해됩니다. 생성된 산소는 산소극(산화전극)에서 배출되고, 양성자는 고분자막을 통해 수소극(환원전극)으로 이동하며, 전자는 외부회로를 통해 수소극(환원전극)으로 이동합니다. 수소극(환원전극)에서는 양성자와 전자가 반응하여 수소 기체(H₂)를 생성합니다. 이러한 전기화학 반응은 다음 식으로 요약될 수 있습니다:

 

• 산소극(산화전극): 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
• 수소극(환원전극): 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂

PEM의 핵심은 두 전극 사이의 고분자막이자 전해질로서, 양성자(H⁺)는 선택적으로 통과시키고 전자와 다른 이온, 기체는 통과시키지 않는 특수 막이라는 점입니다. 이로써 전기회로를 통해 전자가 흐르는 동시에, 생성된 수소와 산소 기체가 엄격하게 분리되어 매우 높은 순도의 수소를 얻을 수 있습니다. 막 전극 접합체(MEA), 전극 촉매층, 가스 확산층(GDL), 분리판(산소극(산화전극)/수소극(환원전극) 격판) 등으로 구성된 셀 스택 내부에서 이러한 반응이 일어나며, 다수의 셀이 적층되어 하나의 스택을 이룹니다.

3.2 주요 구성 요소 및 특성

PEM 수전해 장치는 다음과 같은 구성 요소와 특성을 가집니다:

• 전해질막: DuPont사의 나피온(Nafion®)을 비롯한 설폰화된 불소계 고분자막을 주로 사용하며, 두께는 약 100~200µm 수준입니다. 이 막은 양이온(H⁺)만을 전달하고 전자 및 가스를 차단하여, 수소와 산소의 혼합을 방지함과 동시에 회로 내 전기 절연을 제공합니다. 막 자체는 고체이므로 액체 전해질을 사용하는 시스템보다 가스 누출이 적어 최종 생산 수소의 순도가 99.999%에 이를 정도로 매우 높습니다. 단, 막의 미세 기공이 불순물에 막히기 쉽기 때문에 초순수 물을 공급해야 하며, 미량의 금속 이온이나 불순물도 제거하는 엄격한 수처리 시스템이 필요합니다.
• 전극 및 촉매: 산소극(산화전극)에는 산소 발생 반응(OER)을 촉진하기 위해 이리듐 산화물(IrO₂) 등의 귀금속 촉매가 사용되고, 수소극(환원전극)에는 수소 발생 반응(HER)을 위해 백금(Pt) 촉매가 사용됩니다. 이러한 귀금속 촉매는 부식 환경에서도 높은 활성도를 유지하지만 가격이 매우 비싸며, 특히 이리듐은 지구상에 매우 희소하여 대량 생산에 제약 요인이 됩니다. 전극 촉매층은 고분자막에 밀착되어 막-전극 접합체(MEA)를 이루며, 그 위로 물과 기체의 확산을 돕는 다공성 전극 지지체(산소극(산화전극) 측 티타늄 소재, 수소극(환원전극) 측 탄소지지체 등)가 배치됩니다. 전류 분산 및 가스 통로 역할을 하는 분리판(bipolar plate)은 내식성을 위해 티타늄 등에 백금도금 또는 금도금을 하여 사용하며, 이 역시 장비 비용의 상당 부분을 차지합니다.
• 운전 조건: PEM 전해조는 비교적 낮은 온도(약 50~80℃)에서 작동하며, 고분자막의 특성상 이 범위에서 프로톤 전도도가 최적화됩니다. 온도가 너무 낮으면 활성도가 떨어지고, 너무 높으면 막이 손상될 수 있어 100℃ 미만으로 제한됩니다. 시스템은 대기압~수십 bar 범위에서 운전 가능하며, 특히 수소극(환원전극) 측 수소를 고압(일반적으로 15~30 bar)으로 발생시켜 별도의 압축기 없이도 압축 수소를 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. 이는 산소극(산화전극) 측 산소는 거의 대기압으로 유지하고 수소극(환원전극) 측만 가압하는 운전으로 가능하며, 수소 저장이나 이송이 용이해지는 이점으로 작용합니다. 또한 PEM 전해조는 단위면적당 전류 밀도를 매우 높게 (상용 시스템 기준 1~2 A/cm², 연구단계에서는 6 A/cm² 이상) 운전할 수 있어, 동일 출력에서 장치 부피를 작게 만들 수 있습니다. 현재 상용 스택의 전류 효율(전기-수소 전환효율)은 약 70~80% 수준이며, 발전된 열통합 설계를 통해 향후 82~86%까지 향상될 것으로 기대됩니다.
• 동적 응답성: PEM 수전해는 부하 변동에 대한 응답 속도가 매우 빠르고 부분 부하 운전 안정성이 우수합니다. 막 기반 시스템은 전기 입력을 신속히 조절할 수 있어 출력 0~100% 범위에 탄력적으로 대응 가능하며, 전원을 켜고 끄는 사이클에도 견딜 수 있습니다. 이로 인해 태양광/풍력 등의 간헐적 재생에너지로부터 잉여 전력이 발생할 때 이를 즉각 수소로 전환하여 저장하는 용도로 적합합니다. 실제로 재생에너지 연계 그린 수소 프로젝트 다수가 PEM 방식을 채용하는 추세입니다.

4. PEM 수전해 기술의 장점과 단점 (기술적 관점)

장점:

• 높은 전류 밀도 및 효율: PEM 전해셀은 단위면적당 큰 전류를 흘릴 수 있어 시스템을 소형화할 수 있으며, 80% 내외의 높은 전기 효율을 달성합니다. 높은 전류 밀도 덕분에 동일 수소 생산량을 위해 필요한 전해셀 면적이 작아 설치 공간을 줄일 수 있고, 부분 부하에서도 효율 저하가 크지 않습니다.
• 빠른 가동/응답 속도: 수초 이내의 신속한 시동 및 부하 조절이 가능하여 재생에너지의 출력 변동에 실시간 대응할 수 있습니다. 알칼라인에 비해 전류 변동 시 전기화학 반응의 관성(이온 이동 저항 등)이 적어 출력 증감에 따른 과도현상이 작고, 최소 부하(~0% 부근)에서도 안정적으로 가동됩니다.
• 고순도 수소 생산: 고체 고분자막이 수소 이온만 통과시키고 기체를 완벽히 차단하므로, 생산된 수소에 산소가 섞이는 비율이 극히 낮습니다. 이에 따라 99.999% 이상의 매우 순도 높은 수소를 생산할 수 있어 추가 정제과정 없이 바로 연료전지 등에 공급 가능합니다. 반면 알칼라인 방식은 가스 혼합을 막기 위해 큰 액체 전해질 탱크와 여과 과정이 필요합니다.
• 고압 수소 출력: PEM 전해조는 구조적으로 수소극(환원전극) 측 수소를 고압으로 생성할 수 있어 별도 압축장치 없이도 15~30 bar 수준의 압력으로 수소를 제공합니다. 이를 통해 시스템 구성 간소화 및 에너지 절약 효과를 얻을 수 있으며, 생산된 수소를 바로 저장하거나 튜브트레일러로 운송하기에 용이합니다.
• 안전성 및 친환경성: 액체 전해액(가성소다 용액 등)을 사용하지 않으므로 누출 시 부식이나 유해성 문제가 없고 유지보수가 비교적 용이합니다. 운전 중 탄소배출이 전혀 없고, 오직 산소만 부산물로 발생하므로 환경 친화적입니다. 또한 시스템 밀폐성이 높아 폭발성 가스 혼합 위험이 낮습니다.

단점:

• 높은 초기 비용: 귀금속 촉매(백금, 이리듐)와 티타늄 등 내식성 소재 사용으로 시스템 구축비용이 알칼라인 대비 높습니다. 전체 스택 비용 중 촉매와 분리판 등이 큰 부분을 차지하며, 이러한 고가 부품들 때문에 동일 용량 기준 설비 투자비(CAPEX)가 아직은 경쟁 기술보다 비싼 편입니다. 비용 절감을 위해 귀금속 사용량을 줄이고 저가 소재로 대체하려는 연구가 진행 중입니다.
• 희귀 자원 의존성: 특히 산소극(산화전극) 촉매로 쓰이는 이리듐(Ir)은 지구상 매장량이 극히 제한된 금속으로, PEM 수전해의 대규모 보급에 병목으로 지적됩니다. 10MW급 PEM 전해조에 약 15kg의 이리듐이 필요하다는 보고도 있으며, 현재의 이리듐 생산량으로는 향후 폭증하는 설비 수요를 충족하기 어려울 수 있습니다. 대안으로 이리듐 함량을 획기적으로 줄이거나 비귀금속 촉매로 대체하려는 기술 개발이 필수적입니다.
• 부식 및 내구성 문제: 막-전극이 강산(pH<2) 환경에 놓여 있으므로 소재 부식과 열화가 일어날 수 있습니다. 이를 견디기 위해 비싼 내식성 합금과 코팅이 요구되며, 그럼에도 불구하고 지속적인 전류 가동 시 전극 활성도 저하, 막의 화학적 열화 등이 누적될 수 있습니다. 현재 PEM 스택의 수명은 약 60,000시간 수준으로 보고되는데, 이는 알칼라인 대비 약간 짧은 편이며(알칼라인은 90,000시간 이상 보고 사례) 수명 연장이 향후 과제입니다.
• 엄격한 수질 관리: 촉매 및 막의 성능을 유지하려면 공급하는 물의 순도를 매우 높게 유지해야 합니다. 미량의 금속이온이나 불순물도 막의 이온통로를 막아 성능을 저해할 수 있으므로, 초순수 생산장치와 정수 필터, UV 멤브레인 등의 복잡한 수처리 계통이 필요합니다. 이로 인해 운용 및 유지보수 비용이 추가로 발생합니다.
• 규모의 경제 미흡: 알칼라인 수전해에 비해 시장 보급 역사가 짧아, 대량생산에 따른 단가 하락 효과가 아직 충분히 나타나지 않았습니다. 현재 전세계 설치 용량의 약 22%만 PEM 방식이고 나머지는 대부분 알칼라인인데, 이에 따라 관련 공급망과 인력풀이 제한적입니다. 다만 최근 세계 각국의 투자로 대형 공장 건설이 진행되고 있어 이 격차는 빠르게 줄어들 전망입니다.

5. 시장 및 기술 발전 전망 (향후 5~10년)

5.1 시장 전망

• 급격한 시장 성장: 전 세계 수전해 설비 누적 용량은 2023년 말 기준 약 1.4GW로 1년 만에 두 배로 증가했으며, 2030년까지 수백 GW 규모로 확대될 것으로 예측됩니다. IEA에 따르면 각국에서 발표된 프로젝트가 모두 실현될 경우 2030년까지 전세계 누적 230GW 이상의 전해설비가 구축될 수 있습니다. 다만 이 중 20GW 정도만이 확정 투자 단계이고 상당수는 계획 단계에 있어 불확실성도 존재합니다. 그럼에도 불구하고 탄소중립 목표 달성을 위해서는 2030년까지 560GW 수준의 설비가 필요할 것으로 제시되어, 각국 정부와 민간에서 설비 투자에 박차를 가하고 있습니다.
• 정부 정책 드라이브: 미국, EU, 중국, 한국 등 전세계 40여 개 국가가 수소경제 육성전략을 수립하고 그린 수소 생산 목표를 제시하면서, 전해조 보급에 대한 강력한 정책적 지원이 이루어지고 있습니다. 예를 들어 미국은 2050년까지 연 5천만 톤의 청정수소 생산을 목표로 대규모 지원책을 내놓았고, EU는 2030년까지 역내 재생전력으로 1,000만 톤의 그린수소를 생산(약 100GW 규모 수전해 설비 필요)하고 추가 1,000만 톤을 수입하겠다는 계획을 발표하였습니다. 이러한 정부 정책과 보조금, 수소 구매공약(오프테이크) 등이 PEM 수전해 시장 성장을 강력히 견인할 것입니다.
• 시장 규모 확대: 그린 수소에 대한 투자 열기로 관련 시장 규모도 폭발적으로 증가하고 있습니다. 글로벌 수전해 장비 시장 가치는 2023년 약 16억 달러에서 연평균 20~30% 이상의 고성장을 이어가 2030년 수십억 달러 규모로 성장할 전망입니다. 일부 시장조사업체는 2024년 3.75억 달러 수준이던 전해조 시장이 2030년경 780억 달러에 이를 것으로 전망하며, 이는 연평균 65.9%에 달하는 경이적인 성장률입니다. 특히 중국과 유럽이 설비 생산 능력의 약 60% 이상을 차지하며 시장을 주도할 것으로 예상됩니다. 향후 5~10년은 전례 없는 설비 투자 사이클이 진행되는 시기로, PEM 수전해 업계 전반의 규모의 경제 달성과 비용 감소가 가속화될 것입니다.
• 용도 다변화: 초기에는 주로 신재생에너지 잉여전력 저장이나 연료전지 차량용 수소 공급 용도로 관심을 받았으나, 앞으로는 철강, 화학 등 산업 부문 탈탄소화를 위한 그린 수소 수요가 급증할 것입니다. 이에 따라 PEM 수전해 시스템도 소규모 분산형에서 대규모 산업 플랜트용까지 다양하게 적용될 전망입니다. 이미 정유·암모니아 등 화학공장들이 그린 수소 도입을 발표했고, 선박 및 항공 연료(Power-to-Liquid 연료) 생산용 수전해 프로젝트도 추진 중입니다. 이러한 대형 프로젝트들은 수전해 설비에 대한 대량주문으로 이어져 시장 성장을 더욱 촉진할 것입니다.

5.2 기술 발전 전망

• 효율 및 성능 개선: 연구개발을 통해 전지 효율 향상이 지속될 것입니다. PEM 전해조의 전기-수소 전환효율은 2020년대 초 약 75~80%에서 2030년경 82~86%까지 높아질 것으로 예상됩니다. 촉매/막 설계 최적화와 Waste heat 재활용으로 전력 소모를 줄이고, 일부 고온형(>100°C) PEM 수전해 기술 연구도 진행되어 효율을 추가로 끌어올릴 여지가 있습니다. 또한 현재 약 1.8~2.2V 수준인 셀 전압을 낮추기 위한 전극 촉매 개선, 막 두께 감소 등의 연구가 활발합니다.
• 내구성 향상: PEM 스택의 기대수명이 향후 10년 내 상당히 연장될 전망입니다. 현재 5~7만 시간(약 7~8년 연속 운전) 수준인 스택 수명이 소재 개선을 통해 2030년경 10만 시간(>11년)까지 늘어나는 것이 목표입니다. 이를 위해 촉매 입자의 용출과 막의 화학적 열화를 억제하는 기술, 예를 들어 촉매 코어-쉘 구조 개발이나 막 강화(EPTFE 등 보강재 삽입, 두께 최적화) 등이 연구되고 있습니다. 내구성 향상은 장기 운전 시 성능 저하를 줄이고 교체주기를 늘려 결과적으로 수소 생산단가를 낮추게 될 것입니다.
• 촉매/소재 혁신: 희귀금속 사용량을 줄이고 저가 소재로 대체하기 위한 기술 혁신이 가속화됩니다. 예를 들어 이리듐 촉매의 경우 활성 표면적을 극대화하는 나노구조 개발로 사용량을 현재의 1/5 이하로 줄이는 연구가 진행 중이며, 일부 연구에서는 비귀금속 산화물로 이루어진 대체 OER 촉매를 제시하기도 합니다. 또한 티타늄 분리판에의 금/백금 도금 대신 탄소 복합소재나 스테인리스 기반 코팅 등 저렴하면서도 내식성 있는 소재로 대체하려는 시도가 이루어지고 있습니다. 이러한 소재 혁신은 향후 PEM 전해조 제조원가를 크게 절감시켜 경제성을 높일 것으로 기대됩니다.
• 규모 및 제조능력 확대: 수전해 시스템의 단위 용량이 커지고 제조 라인의 대형화가 진행되고 있습니다. 현재 단일 PEM 스택 용량은 수백 kW급이 일반적이지만, 2025-2030년경에는 1~2MW급 초대형 스택이 상용화되어 시스템 구성 개수를 줄일 것으로 전망됩니다. 또한 각국에서 전해조 Gigafactory(대량생산 공장) 건설이 잇따르고 있습니다. 2023년 기준 전세계 전해조 제조능력은 연간 25GW 수준이지만, 발표된 증설 계획에 따르면 2030년엔 연 165GW 이상의 생산능력이 갖춰질 것입니다. 대량 생산으로 인한 규모의 경제 효과로 시스템 단가가 크게 내려갈 것이며, 제조 공정 자동화와 표준화도 품질 향상과 비용 절감을 동시에 이끌 것입니다.
• 경쟁 기술과의 비교: PEM 수전해는 알칼라인(AEC), 고온산화물(SOEC), 음이온교환막(AEM) 등의 다른 수전해 기술들과 각축을 벌일 것입니다. 알칼라인은 저렴한 비용을 무기로 여전히 대규모 프로젝트에 널리 쓰이겠지만, 응답속도와 부하변동 대응 측면에서 PEM의 강점이 부각되어 재생에너지 연계 분야에서는 PEM 점유율이 상승할 것으로 보입니다. 또 고온형 SOEC는 높은 효율 장점이 있으나 아직 수명이 짧고 초기단계여서, 향후 5~10년 내에는 PEM이 그린 수소 주력 기술 중 하나로 자리매김할 가능성이 큽니다. 궁극적으로는 각 기술의 장점을 융합하거나 보완하는 방향으로 R&D가 발전하여, 다양한 용도에 최적화된 수전해 시스템들이 공존할 전망입니다.

6. 글로벌 PEM 수전해 관련 주요 기업 목록 (기술 중심)

전세계적으로 PEM 수전해 기술 개발 및 상업화에 앞장서고 있는 주요 기업들을 정리하면 다음과 같습니다. (굵은 글씨는 해당 기업의 기술적 특징이나 대표 제품명입니다.)

기업명	국가	기술 특징 및 주요 내용
Siemens Energy (시멘스 에너지)	독일	세계적인 에너지 기업으로, 대형 PEM 수전해 설비인 Silyzer 시리즈를 개발하여 공급합니다. 5MW급 Silyzer 200, 17MW 모듈식 Silyzer 300 등을 출시하며, 재생에너지 연계 대규모 그린수소 프로젝트(예: 독일 Wunsiedel 8.75MW 플랜트 등)에 기술을 제공합니다. 고출력 PEM 셀 스택 기술과 전력변환 솔루션을 결합한 턴키 시스템을 제공하며, 신속한 부하 대응 및 안정적 운영으로 정평이 나 있습니다.
ITM Power PLC (아이티엠 파워)	영국	PEM 전해조 전문기업으로, 고품질·고효율 수전해 시스템을 설계·제조하는 선도 업체입니다. 세계 최초로 수소 관련 기업으로 런던 증시에 상장되었으며, 유럽 여러 대형 프로젝트(Shell REFHYNE 등)에 PEM 장치를 공급합니다. 대형화된 스택 개발과 비용 절감에 주력하고 있으며, Siemens 및 Shell 등과 파트너십을 통해 100MW급 그린 수소 플랜트 구축에 참여하는 등 글로벌 수전해 시장에서 핵심 플레이어로 활동하고 있습니다.
Nel Hydrogen (넬 하이드로젠)	노르웨이	1927년 설립된 역사 깊은 수소 전문 기업으로, 알칼라인 및 PEM 수전해 기술을 모두 선도하고 있습니다. 미국 Proton OnSite 인수로 PEM 전해조 포트폴리오를 확보하였으며, 다양한 산업·에너지 응용 분야에 맞춘 고급 전해설비를 공급합니다. 세계 최초의 수전해 Gigafactory를 노르웨이에 건설해 대량생산 체제를 갖추고 있으며, 다수의 글로벌 프로젝트(미국, 유럽, 아시아 등)에 장비를 납품하며 수전해 분야의 글로벌 리더 입지를 유지하고 있습니다.
Cummins Inc. (커민스)	미국	엔진·발전분야 글로벌 기업으로, 2019년 캐나다 Hydrogenics (PEM 전문 기업)를 인수하여 PEM과 알칼라인 전해조를 모두 제조하고 있습니다. 캐나다 등지에 PEM 전해조 생산라인을 구축하고, Air Liquide의 20MW PEM 플랜트(캐나다 Bécancour) 등 대규모 프로젝트를 성공적으로 수행했습니다. 연료전지 차량용 수소충전 인프라부터 산업용 대형 전해설비까지 폭넓은 제품군을 보유하고 있으며, 대형 제조기업의 풍부한 자본과 경험으로 수전해 시장의 주요 플레이어로 부상했습니다.
Plug Power Inc. (플러그파워)	미국	원래 연료전지 포크리프트로 유명한 기업으로, 최근 PEM 전해조 제조에 적극 진출하여 종합 수소 솔루션 업체로 변모하고 있습니다. 2020년 Giner ELX 등을 인수하여 소형~중형 PEM 전해조 기술을 확보하였고, 뉴욕에 연 1GW 규모의 전해조 공장을 세워 생산 중입니다. Amazon, Walmart 등과 그린 수소 공급 파트너십을 맺고 있으며, 수소충전소 구축, 액화수소 플랜트 등 밸류체인 통합 전략을 추진 중입니다. PEM 수전해 기술을 바탕으로 한 모듈식 전해조 제품(EX-Series 등)을 출시하고 대규모 프로젝트(예: 호주 250MW 플랜트)에 참여하고 있습니다.
Elogen (엘로젠) 구 Areva H2Gen	프랑스	1997년 설립되어 PEM 수전해 시스템 설계·제작에 주력해 온 프랑스 기업입니다. 2020년 GTT에 인수되었으며, 프랑스 최초의 PEM 전해조 기가팩토리 건설을 추진 중입니다. 2MW 이하 중대형 PEM 전해조 솔루션을 제공하며, 2023년 독일 Enertrag의 10MW급 프로젝트 공급사로 선정되는 등 유럽 시장에서 입지를 확대하고 있습니다. 기술적으로 10년 이상의 PEM 노하우를 보유한 프랑스 대표 기업이지만, 최근 수주 부진으로 재편 가능성이 제기되어 프랑스 정부와 협의 중인 상황입니다. 2024년 3,300만 유로의 세전 손실을 기록한 이후, 모회사 GTT는 자회사 활동에 대한 전략적 검토를 수행하고 있으며, 기가팩토리 건설을 중단하고 110명에 달하는 인력 감축을 포함한 사업 재편을 추진 중입니다.
Hygreen Energy (하이그린 에너지)	중국	2017년 설립된 중국의 신생 PEM 전해조 전문 기업으로, 혁신적인 고성능 PEM 시스템 개발로 급성장하고 있습니다. 연간 2GW 이상의 PEM 전해조 생산능력을 구축했고 60여 개 특허를 보유하고 있어 기술 경쟁력이 높습니다. 중국 내 여러 그린 수소 프로젝트에 공급하였으며 해외 5개 대륙에 300여대 이상의 전해조를 수출한 실적이 있습니다. 시스템 효율과 안전성, 자동화 제어에서 강점을 내세우며, 2025년까지 생산능력을 5GW로 확대해 글로벌 시장에서 입지 강화를 노리고 있습니다.

참고: 이 외에도 Thyssenkrupp Nucera(독일, 알칼라인 중심 대형 수전해 기업), McPhy Energy(프랑스, 알칼라인 수전해 전문) 등 수전해 분야의 주요 기업들이 있으나, PEM 기술을 전문적으로 개발·적용하는 사례가 많지 않아 본 표에서는 제외되었습니다. 향후 음이온 교환막(AEM) 수전해 등 신기술 분야에서는 Enapter(이탈리아) 등의 스타트업도 부상하고 있어, 기술 발전 동향에 따라 경쟁 구도가 변화할 수 있습니다.