Växter får sin energi på ett sätt som skiljer sig mycket från hur människor får energi. När en människa behöver energi äter hon mat. När en växt behöver energi använder den fotosyntesen för att ta in koldioxid från miljön och använda solljus för att omvandla den till sockerarter, vilket är den typ av energi den behöver för att fortsätta leva. Forskare har arbetat med att replikera processen med fotosyntes och försökt utnyttja solens energi på ett nytt, effektivt och ekologiskt vänligt sätt, och forskningen om konstgjord fotosyntes har gett intressanta resultat.
Möjligheten att producera artificiell fotosyntes tillkännagavs först år 2000, även om forskning hade varit i planeringsstadiet innan dess. Forskare förlitade sig på Honda-Fujishima-effekten, som upptäcktes 1953 och använder titandioxid som fotokatalysator. En fotokatalysator påskyndar processer relaterade till ljus och i detta fall energi.
På grund av vetenskapligt och affärsmässigt intresse för artificiell fotosyntes och önskan om potentiella nya produkter som skulle kunna härröra från det, splittrades forskningsfältet i två sidor. Detta gav två olika resultat: fotoelektrokemiska celler och färgsensibiliserade solceller. Varje cell arbetar enligt olika principer men försöker uppnå samma resultat: artificiell fotosyntetisk energi som kan utnyttjas och lagras för senare användning, vilket skulle minska världens beroende av icke-förnybara energikällor.
Fotoelektrokemiska celler, även kallade PEC, använder den elektriska strömmen av vatten för att skapa väte och syre i en process som kallas elektrolys. El kan sedan lagras i vätgasen, som är en ”energibärare”, och energin kan användas senare, till exempel i batterier. Det finns två typer av PEC, en som använder halvledarytor för att absorbera solenergin och hjälpa till att splittra vattenmolekyler för energianvändning. Den andra sorten använder lösta metaller för att dra in solenergi och starta processen med artificiell fotosyntes. De vanligaste metallkatalysatorerna för denna typ av reaktion är kobolt och rodium. Forskare från Massachusetts Institute of Technology (MIT) har funnit att dessa metaller är de mest effektiva för denna typ av arbete.
Den andra typen av celler som forskas på, den färgämnessensibiliserade solcellen, kallas ibland en Gratzel-cell eller Graetzel-cell. Liksom PEC använder färgsensibiliserade artificiella fotosyntesceller en halvledare för att samla energi, vanligtvis kisel. I färgsensibiliserade celler används halvledaren för att transportera den insamlade energin, och fotoelektronerna, eller energipartiklarna, separeras och utnyttjas med hjälp av speciella färgämnen. Gratzelceller anses vara den mest effektiva formen av artificiell fotosyntes som finns tillgänglig för närvarande, såväl som den mest kostnadseffektiva att tillverka. Nackdelarna beror främst på temperaturproblem relaterade till de flytande färgämnena, eftersom dessa kan frysa vid lägre temperaturer och upphöra med energiproduktion, och expandera vid högre temperaturer och gå sönder.
Forskning pågår fortfarande inom området artificiell fotosyntes, särskilt i jakten på att hitta bättre katalysatorer och energitransportmekanismer. Även om de inte är den mest effektiva formen av energiproduktion som finns finns det fortfarande stort intresse för dem på grund av deras höga potentiella avkastning, låga tillverkningskostnad och möjliga konsekvenser för miljön. Om artificiell fotosyntes kunde göras tillgänglig och tillförlitlig, skulle världens beroende av icke-förnybara fossila bränslen kunna minska kraftigt.