Biljke dobivaju energiju na način koji je vrlo različit od načina na koji ljudi dobivaju energiju. Kad čovjeku treba energija, on jede hranu. Kada biljka treba energiju, ona koristi proces fotosinteze kako bi preuzela ugljični dioksid iz okoliša i koristila sunčevu svjetlost da bi ga pretvorila u šećere, što je vrsta energije koja joj je potrebna za održavanje života. Znanstvenici su radili na repliciranju procesa fotosinteze, pokušavajući iskoristiti sunčevu energiju na nov, učinkovit i ekološki prihvatljiv način, a istraživanje umjetne fotosinteze dalo je zanimljive rezultate.
Mogućnost proizvodnje umjetne fotosinteze prvi put je objavljena 2000. godine, iako su istraživanja prije toga bila u fazi planiranja. Istraživači su se oslanjali na učinak Honda-Fujishima, koji je otkriven 1953. i koristi titanov dioksid kao fotokatalizator. Fotokatalizator ubrzava procese koji se odnose na svjetlost i, u ovom slučaju, energiju.
Zbog znanstvenog i poslovnog interesa za umjetnu fotosintezu i želje za potencijalnim novim proizvodima koji bi iz nje mogli proizaći, područje istraživanja podijelilo se na dvije strane. To je dalo dva različita rezultata: fotoelektrokemijske ćelije i solarne ćelije osjetljive na boje. Svaka stanica djeluje na različitim principima, ali pokušava postići isti rezultat: umjetnu fotosintetsku energiju koja se može iskoristiti i pohraniti za kasniju upotrebu, što bi smanjilo svjetsku ovisnost o neobnovljivim izvorima energije.
Fotoelektrokemijske stanice, koje se također nazivaju PEC, koriste električnu struju vode za stvaranje vodika i kisika u procesu koji se naziva elektroliza. Električna energija se tada može pohraniti u vodik, koji je “nosač energije”, a energija se može koristiti kasnije, kao u baterijama. Postoje dvije vrste PEC-a, jedan koji koristi poluvodičke površine za apsorpciju sunčeve energije i pomaže u razdvajanju molekula vode za korištenje energije. Druga sorta koristi otopljene metale za uvlačenje sunčeve energije i pokretanje procesa umjetne fotosinteze. Najčešći metalni katalizatori za ovu vrstu reakcije su kobalt i rodij. Istraživači s Massachusetts Institute of Technology (MIT) otkrili su da su ti metali najučinkovitiji za ovu vrstu posla.
Druga vrsta stanice koja se istražuje, solarna ćelija osjetljiva na boju, ponekad se naziva Gratzel stanica ili Graetzel stanica. Poput PEC-a, stanice umjetne fotosinteze osjetljive na boje koriste poluvodič za prikupljanje energije, obično silicij. U stanicama osjetljivim na boje, poluvodič se koristi za prijenos prikupljene energije, a fotoelektroni ili energetske čestice se odvajaju i koriste posebnim bojama. Gratzel stanice se smatraju najučinkovitijim oblikom umjetne fotosinteze koji je trenutno dostupan, kao i najisplativijim za proizvodnju. Nedostaci su uglavnom zbog temperaturnih problema vezanih za tekuće boje, jer se one mogu smrznuti na nižim temperaturama i prekinuti proizvodnju energije, a proširiti se na višim temperaturama i razbiti.
Istraživanja se još uvijek provode u području umjetne fotosinteze, posebno u potrazi za boljim katalizatorima i mehanizmima prijenosa energije. Iako nisu najučinkovitiji dostupni oblik proizvodnje energije, još uvijek postoji veliko zanimanje za njih zbog visokog potencijalnog prinosa, niske cijene proizvodnje i mogućih implikacija na okoliš. Kada bi se umjetna fotosinteza mogla učiniti dostupnom i pouzdanom, svjetska ovisnost o neobnovljivim fosilnim gorivima mogla bi se uvelike smanjiti.