Kasvit saavat energiansa tavalla, joka on hyvin erilainen kuin tapa, jolla ihmiset saavat energiaa. Kun ihminen tarvitsee energiaa, hän syö ruokaa. Kun kasvi tarvitsee energiaa, se käyttää fotosynteesiprosessia ottaakseen hiilidioksidia ympäristöstä ja käyttää auringonvaloa muuttamaan sen sokereiksi, mikä on energian tyyppi, jota se tarvitsee elääkseen. Tutkijat ovat pyrkineet toistamaan fotosynteesiprosessia, yrittäneet hyödyntää auringon energiaa uudella, tehokkaalla ja ympäristöystävällisellä tavalla, ja keinotekoinen fotosynteesitutkimus on tuottanut mielenkiintoisia tuloksia.
Kyky tuottaa keinotekoista fotosynteesiä ilmoitettiin ensimmäisen kerran vuonna 2000, vaikka tutkimus oli ollut suunnitteluvaiheessa ennen sitä. Tutkijat luottivat Honda-Fujishima-ilmiöön, joka löydettiin vuonna 1953 ja jossa käytetään titaanidioksidia fotokatalyyttinä. Valokatalyytti nopeuttaa valoon ja tässä tapauksessa energiaan liittyviä prosesseja.
Koska tieteellinen ja liike -elämän kiinnostus keinotekoiseen fotosynteesiin ja halu mahdollisiin uusiin tuotteisiin, jotka voisivat johtua siitä, tutkimusala jakautui kahdelle puolelle. Tämä tuotti kaksi eri tulosta: valosähköiset kemialliset solut ja väriaineherkistetyt aurinkokennot. Jokainen solu toimii eri periaatteilla, mutta yrittää saada saman tuloksen: keinotekoista fotosynteesienergiaa, joka voidaan hyödyntää ja tallentaa myöhempää käyttöä varten, mikä vähentäisi maailman riippuvuutta uusiutumattomista energialähteistä.
Valosähköiset kemialliset kennot, joita kutsutaan myös nimellä PEC, käyttävät veden sähkövirtaa vedyn ja hapen tuottamiseen prosessissa, jota kutsutaan elektrolyysiksi. Sähkö voidaan sitten tallentaa vetyyn, joka on ”energian kantaja”, ja energiaa voidaan käyttää myöhemmin, kuten paristoissa. On olemassa kahdenlaisia PEC -yhdisteitä, joista toinen käyttää puolijohdepintoja auringonenergian absorboimiseen ja vesimolekyylien jakamiseen energiaa varten. Toinen lajike käyttää liuenneita metalleja vetämään aurinkoenergiaa ja käynnistämään keinotekoisen fotosynteesin. Yleisimmät metallikatalyytit tämän tyyppisille reaktioille ovat koboltti ja rodium. Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijat ovat havainneet, että nämä metallit ovat tehokkaimpia tällaiseen työhön.
Toista tutkittavaa solutyyppiä, väriaineherkistettyä aurinkokennoa, kutsutaan joskus Gratzel- tai Graetzel-soluksi. Kuten PEC: t, väriaineherkistetyt keinotekoiset fotosynteesisolut käyttävät puolijohdetta energian, yleensä piin, keräämiseen. Väriaineherkistetyissä soluissa puolijohdetta käytetään kerätyn energian kuljettamiseen, ja fotoelektronit eli energiahiukkaset erotetaan ja hyödynnetään erityisillä väriaineilla. Gratzel-soluja pidetään tehokkaimpana keinotekoisen fotosynteesin muotona ja kustannustehokkaimpana valmistuksessa. Haitat johtuvat pääasiassa nesteväriaineisiin liittyvistä lämpötilaongelmista, koska ne voivat jäätyä alemmissa lämpötiloissa ja lopettaa energiantuotannon sekä laajentua korkeammissa lämpötiloissa ja rikkoutua.
Keinotekoisen fotosynteesin alalla tehdään edelleen tutkimusta erityisesti parempien katalyyttien ja energiansiirtomekanismien löytämiseksi. Vaikka ne eivät ole tehokkain käytettävissä oleva energiantuotantomuoto, niitä kohtaan on edelleen suurta kiinnostusta niiden suuren mahdollisen tuoton, alhaisten valmistuskustannusten ja mahdollisten ympäristövaikutusten vuoksi. Jos keinotekoisesta fotosynteesistä saataisiin saataville ja luotettava, maailman riippuvuus uusiutumattomista fossiilisista polttoaineista voisi vähentyä huomattavasti.