Από το 2001 μέχρι σήμερα έχει σχεδόν τριπλασιαστεί ο αριθμός των ερευνητικών ομάδων που προσπαθούν να πετύχουν την απευθείας μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε χημικό καύσιμο, μέσω κατασκευών που θα λειτουργούν σαν τα φύλλα των φυτών, κάνοντας ένα ιδιόμορφο είδος φωτοσύνθεσης.

Ο Ηλιος λούζει τη Γη με τόση ενέργεια κάθε ώρα, όση καταναλώνεται παγκοσμίως σε έναν ολόκληρο χρόνο. Τα φωτοβολταϊκά κύτταρα του εμπορίου, μετά από τις τεχνολογικές βελτιώσεις των τελευταίων δεκαετιών, καταφέρνουν να μετατρέψουν απευθείας σε ηλεκτρισμό το 20% της ηλιακής ενέργειας που πέφτει πάνω τους. Υπάρχουν, όμως, δύο βασικά προβλήματα: Το ένα είναι το κόστος των φωτοβολταϊκών και το δεύτερο είναι το πρόβλημα της αποθήκευσης και μεταφοράς της παραγόμενης ενέργειας, ώστε να καταναλωθεί όταν και όπου χρειάζεται, π.χ. τις βραδινές ώρες σε κάποια πόλη χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά από την ηλιόλουστη περιοχή. Αν μπορούσε με φτηνό τρόπο να μετατρέπεται (ενσωματώνεται) η ηλιακή ενέργεια σε κάποιο είδος χημικού καυσίμου, τότε θα αντιμετωπίζονταν καλύτερα και τα δύο προβλήματα.

Τα φυτά φτιάχνουν γλυκόζη (και τα πολυμερή της, άμυλο και κυτταρίνη) για να αποθηκεύσουν την ηλιακή ενέργεια που απορροφούν μέσω της φωτοσύνθεσης. Τα τεχνητά «φύλλα» θα μπορούσαν να παράγουν κάποιο υγρό καύσιμο, ή αέριο υδρογόνο. Ηδη έχουν κατασκευαστεί αρκετά πρωτότυπα, μεγέθους ανάλογου με εκείνο των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων των υπολογιστών, που παράγουν απευθείας υδρογόνο (και οξυγόνο) διασπώντας νερό. Αλλοι ερευνητές προσπαθούν να αξιοποιήσουν γενετικά τροποποιημένα φύκη (άλγη) για να παράγουν καύσιμο έλαιο ή μικροοργανισμούς που έχουν κατασκευαστεί επί τούτου για να παράγουν πετρέλαιο. Αυτή η προσέγγιση εμπεριέχει όλους τους κινδύνους της βιαστικής ανθρώπινης παρέμβασης στο γενετικό κώδικα βιολογικών ειδών, που γίνεται με αποκλειστικό στόχο το κέρδος. Αντίθετα, οι ανόργανες τεχνητές διατάξεις που παράγουν υδρογόνο ή άλλο καύσιμο δεν εμπεριέχουν βιολογικούς κινδύνους.

Προς το παρόν οι διατάξεις τεχνητής «φωτοσύνθεσης» είναι σε εντελώς πειραματικό στάδιο και η ποσότητα καυσίμου που μπορούν να παράγουν ελάχιστη. Παραμένει το ερώτημα αν μπορεί να κατασκευαστεί ανάλογη συσκευή μεγάλης κλίμακας που να συμφέρει οικονομικά. Οι ερευνητές προσανατολίζονται σε κάποια λύση που θα παράγει ένα είδος λεπτού και εύκαμπτου φιλμ ηλιακού καυσίμου με απόδοση μεγαλύτερη του 10% και κόστος μικρότερο των 10 δολαρίων ανά τετραγωνικό μέτρο.

Το κυριότερο πρόβλημα παραμένει η εξεύρεση φτηνού καταλύτη για τη χημική διάσπαση του νερού και την ανασύνθεση των ιόντων υδρογόνου σε μόρια. Το 1998 είχε κατασκευαστεί μια μικρή συσκευή σε μέγεθος κουτιού σπίρτων, που όταν τοποθετούνταν μέσα σε νερό και φωτιζόταν με ηλιακό φως, διασπούσε το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο 12 φορές πιο αποδοτικά από τα φύλλα των φυτών! Ομως στηριζόταν για την καταλυτική αντίδραση στο πολύτιμο μέταλλο λευκόχρυσος (πλατίνα) και γι' αυτό κάθε τετραγωνικό εκατοστό της συσκευής κόστιζε 10.000 δολάρια...

Τα ευγενή μέταλλα παραμένουν οι καλύτεροι καταλύτες για τέτοιου είδους αντιδράσεις, αλλά υπάρχουν σε μικρές ποσότητες και είναι πολύ ακριβά. Μια λύση που θα μπορεί να εφαρμοστεί σε βιομηχανική κλίμακα θα πρέπει να στηρίζεται σε καταλύτη από κάποιο πιο συνηθισμένο μέταλλο, όπως ο σίδηρος, το κοβάλτιο ή το μαγγάνιο.

Ενα δεύτερο πρόβλημα είναι ότι η χημική διάσπαση του νερού είναι εξαιρετικά διαβρωτική. Τα φυτά το αντιμετωπίζουν ανακατασκευάζοντας συνεχώς τα φωτοσυνθετικά τους εργαλεία. Ομως, η θαυμαστή συσκευή σε μέγεθος κουτιού σπίρτων δεν άντεχε περισσότερο από 20 ώρες λειτουργίας.

Οι απόψεις των ειδικών διίστανται ως προς το χρονικό πλαίσιο ανάπτυξης μιας τεχνολογίας τεχνητής «φωτοσύνθεσης». Αλλοι εκτιμούν ότι χρειάζονται ακόμα δεκαετίες έρευνας και άλλοι με βάση τις επιστημονικές ανακοινώσεις που γίνονται τα τελευταία χρόνια βλέπουν πιο σύντομο χρονικό ορίζοντα. Η διάταξη που φαίνεται στην εικόνα χρησιμοποιεί σύρματα νανοκλίμακας κατασκευασμένα από πυρίτιο και πετυχαίνει απόδοση (μετατροπή της ηλιακής ενέργειας) περίπου 7%.