這種將陽光直接轉化為可用能源的過程--稱為光合作用--可能很快就會成為人類能夠模仿的一項壯舉，即利用太陽能制造清潔、可儲存、高效的燃料。如果是這樣，它將開辟一個全新的清潔能源領域。據悉，以陽光的形式在一小時內到達地球的能量足以滿足人類文明一整年的能源需求。
近日，來自普渡大學科學學院的物理學教授、生物物理學傢Yulia Puskhar可能已經有瞭一種通過模仿植物來利用這種能量的方法。
風能和太陽能是兩種主要的清潔能源，它們都是由光伏電池驅動。現在這個第三種--合成光合作用--將極大地改變可再生能源的格局。這種不需要笨重電池就能輕松儲存能量的能力將極大地提高人類清潔高效地為社會提供動力的能力。
風力渦輪機和光伏發電在環境影響和復雜因素方面都有缺點。Pushkar希望人工光合作用能繞過這些陷阱。“我們和世界各地的其他研究人員正在非常努力地工作試圖找到可獲得的能源。我們可以用無毒、易得的元素創造出清潔、可持續的能源。我們的人工光合作用是前進的方向，”她說道。
光合作用是一個復雜的過程，植物將太陽的光輝和水分子轉化為可用的葡萄糖形式的能量。為瞭做到這一點，它們使用瞭一種色素--通常是知名的葉綠素--以及蛋白質、酶和金屬。
當今人類最接近人工光合作用的過程是光伏技術，即利用太陽能電池將太陽能轉化為電能。然而這一過程的效率是出瞭名得低，隻能捕獲約20%的太陽能。另一方面，光合作用的效率更高，它能將60%的太陽能作為化學能量儲存在相關的生物分子中。
簡單的光伏電池（太陽能電池板）的效率受到半導體吸收光能和電池發電能力的限制。科學傢們可以通過合成光合作用來超越這個極限。
“通過人工光合作用，沒有基本的物理限制，”Pushkar說道，“你可以很容易地想象出一個60%效率的系統，因為我們已經有瞭自然光合作用的先例。如果我們雄心勃勃，我們甚至可以設想出一個效率高達80%的系統。當涉及到分解水時，光合作用非常高效，這是人工光合作用的第一步。植物中光合系統II蛋白質每秒做一千次。一眨眼一切就結束瞭。”
Pushkar的團隊正在模仿這一過程，其在建造他們自己的人造葉子模擬物，它可以收集光並分解水分子來產生氫氣。氫則可以通過燃料電池本身作為燃料使用，也可以添加到天然氣等其他燃料中或內置到燃料電池中，進而為汽車、房屋、小型電子設備、實驗室和醫院等提供動力。Pushkar最近的發現深入瞭解瞭水分子在光合作用中分裂的方式。
在Pushkar的實驗室裡，研究人員們利用光合系統II蛋白質和合成催化劑組合進行實驗進而試圖瞭解什麼是最有效的以及為什麼。另外，她還優先使用瞭地球上極為豐富、容易獲取、對地球無毒的化合物和化學物質。
然而人工光合作用的進展是復雜的，因為光合作用是多方面的，這一事實讓來自世界各地的生物化學學生都感到惋惜。
Pushkar表示：“反應非常復雜。分解水分子的化學過程極其復雜和困難。”
不過Pushkar認為，在未來的10-15年內將取得足夠的進展，並最終或能使商業人工光合作用系統開始上線。
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