지구온난화로 인한 환경 문제와 에너지 위기를 해결하기 위해 화석연료 중심의 에너지 시스템에서 벗어나 친환경적이고 지속가능한 수소에너지로 전환하려는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 수소가 친환경 미래 에너지로 각광받는 이유는 물에서 얻을 수 있기 때문이다. 하지만 아직까지 물 분해(수전해)는 다른 에너지에 비해 생산단가가 높아 대부분의 수소는 석유 정제과정에서 발생하는 부산물에서 얻고 있는 상태다. 특히 수소발생반응을 촉진하는 역할을 하는 촉매는 고가의 백금을 함유한 촉매를 필수적으로 사용해야 하기 때문에 다른 방법들만큼 가격경쟁력을 확보할 수 없었다.

포스텍 신소재공학과 김종규 교수팀은 값싸고 쉽게 구할 수 있는 니켈을 촉매 전극으로 사용해 수소를 효율적으로 생산할 수 있는 방법을 제안했다.

연구팀은 최적의 물질, 최적의 나노 구조 조합을 통해 귀금속 백금 촉매를 대체할 수 있는 고활성·고안정성 비귀금속 ‘3차원 나노 스프링 촉매 전극’을 구현했다. 이렇게 제작된 나노 스프링 어레이 구조는 기존 니켈 박막 촉매와 비교해 과전압을 4배 이상 감소시키는 등 수소 생산 효율을 극대화시킬 수 있음을 확인했다.

김종규 교수는 “이 연구는 지속 가능한 신재생에너지-수소 연료 전환시스템의 고효율화 및 실용화를 위한 학문적 토대뿐만 아니라 실용화의 단초를 제공한다는 점에서 큰 의미를 지닌다”며, “수전해 뿐만 아니라 이산화탄소 환원 기술, 광 에너지 변환 시스템, 연료 전지 등에 핵심 개념이 그대로 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.