Plantele își obțin energia într-un mod foarte diferit de modul în care oamenii obțin energie. Când un om are nevoie de energie, el mănâncă mâncare. Când o plantă are nevoie de energie, folosește procesul de fotosinteză pentru a prelua dioxidul de carbon din mediu și folosește lumina solară pentru a o transforma în zaharuri, care este tipul de energie de care are nevoie pentru a continua să trăiască. Oamenii de știință au lucrat pentru a reproduce procesul de fotosinteză, încercând să exploateze energia soarelui într-un mod nou, eficient și ecologic, iar cercetarea fotosintezei artificiale a dat rezultate interesante.
Capacitatea de a produce fotosinteză artificială a fost anunțată pentru prima dată în 2000, deși cercetările fuseseră în faze de planificare înainte de atunci. Cercetătorii s-au bazat pe efectul Honda-Fujishima, care a fost descoperit în 1953 și folosește dioxid de titan ca fotocatalizator. Un fotocatalizator accelerează procesele legate de lumină și, în acest caz, de energie.
Din cauza interesului științific și de afaceri față de fotosinteza artificială și a dorinței pentru potențiale produse noi care ar putea decurge din aceasta, domeniul de cercetare s-a împărțit în două părți. Acest lucru a produs două rezultate diferite: celule fotoelectrochimice și celule solare sensibilizate cu colorant. Fiecare celulă funcționează pe principii diferite, dar încearcă să obțină același rezultat: energie fotosintetică artificială care poate fi valorificată și stocată pentru o utilizare ulterioară, ceea ce ar reduce dependența lumii de sursele de energie neregenerabile.
Celulele fotoelectrochimice, denumite și PEC, folosesc curentul electric al apei pentru a crea hidrogen și oxigen într-un proces numit electroliză. Electricitatea poate fi apoi stocată în hidrogen, care este un „purtător de energie”, iar energia poate fi folosită mai târziu, cum ar fi în baterii. Există două tipuri de PEC, unul care utilizează suprafețe semiconductoare pentru a absorbi energia solară și pentru a ajuta la scindarea moleculelor de apă pentru utilizarea energiei. Cealaltă varietate folosește metale dizolvate pentru a atrage energia solară și a începe procesul de fotosinteză artificială. Cei mai comuni catalizatori metalici pentru acest tip de reacție sunt cobaltul și rodiul. Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au descoperit că aceste metale sunt cele mai eficiente pentru acest tip de muncă.
Celălalt tip de celulă cercetat, celula solară sensibilizată cu colorant, este uneori numită celulă Gratzel sau celulă Graetzel. La fel ca PEC-urile, celulele de fotosinteză artificială sensibilizate cu colorant folosesc un semiconductor pentru a colecta energie, de obicei siliciu. În celulele sensibilizate cu colorant, semiconductorul este folosit pentru a transporta energia colectată, iar fotoelectronii, sau particulele de energie, sunt separați și valorificați folosind coloranți speciali. Celulele Gratzel sunt considerate a fi cea mai eficientă formă de fotosinteză artificială disponibilă în prezent, precum și cea mai rentabilă de fabricat. Dezavantajele se datorează în principal preocupărilor legate de temperatură legate de coloranții lichizi, deoarece aceștia pot îngheța la temperaturi mai scăzute și pot înceta producția de energie și se pot extinde la temperaturi mai ridicate și se pot rupe.
Cercetările sunt încă în curs de desfășurare în domeniul fotosintezei artificiale, în special în căutarea de a găsi catalizatori și mecanisme de transport de energie mai bune. Deși nu sunt cea mai eficientă formă de producție de energie disponibilă, există totuși un mare interes pentru ele din cauza potențialului lor ridicat, a costurilor de producție scăzute și a posibilelor implicații pentru mediu. Dacă fotosinteza artificială ar putea fi accesibilă și fiabilă, dependența lumii de combustibilii fosili neregenerabili ar putea fi mult redusă.