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理論上，陽光可以提供足夠的能量來滿足我們的需求。但在實踐中，天空有時會被雲層覆蓋——而且無論是晴天還是陰天，太陽每天都會消失在地平線之下。為了克服這些限制，科學家們多年來一直致力於研究將陽光轉化為化學能的新方法，即人工光合作用，它可以將太陽能以液態或氣態形式儲存起來——即“太陽能燃料”。多年來，他們一直在尋找一種能夠完成這種複雜化學處理的化學催化劑。現在，一些研究人員認為他們可能已經找到了。
托馬斯·邁耶幾乎是偶然地發現了這個解決方案。邁耶是北卡羅來納大學教堂山分校的化學家，也是該校太陽能燃料能源前沿研究中心的主任。他注意到，從事光合反應兩個不同部分研究的兩個獨立研究小組恰好都在使用同一類催化劑——即原子為釕，周圍環繞著有機分子的催化劑。其中一個小組使用這種型別的催化劑將水分解成氫氣和氧氣；另一個小組則將二氧化碳分解成一氧化碳和氧氣。“找到一種能夠同時完成這兩項任務的單一催化劑是一個很大的驚喜，”邁耶說。
透過結合這兩個步驟並使用相同的催化劑，邁耶意識到他們可以完全再現光合作用。天然光合作用經過多次反應後，將水、二氧化碳和陽光轉化為氧氣和富含能量的燃料，如糖，而邁耶的版本則將水和二氧化碳轉化為氧氣、氫氣和一氧化碳——後者可以與氫氣結合，最終制成甲醇等燃料。
這些發現表明，利用例如燃煤電廠排放的碳來製造液態燃料（如甲醇），以替代或補充用於交通運輸或發電的化石燃料可能是可行的。它是如何運作的呢？來自化石燃料工廠的富含二氧化碳的水將透過釕催化劑膜，這將觸發人工光合作用，將其分解為氧氣以及可以轉化為燃料的成分。驅動催化反應的電能將來自太陽能電池——儘管最終研究人員或許能夠改進催化劑，使其直接吸收陽光。“那真的會使其像光合作用一樣了，”邁耶說。他和他的同事於6月4日在《美國國家科學院院刊》上線上詳細介紹了他們的發現。
普林斯頓大學化學家安德魯·博卡斯利說，這項工作“從基礎科學的角度來看是一個非常有趣的結果”，他沒有參與這項研究。“這可能是對自然系統的戲劇性簡化，從務實的角度來看可能非常有用。”（博卡斯利正在研究分解二氧化碳以產生一氧化碳的方法，一氧化碳隨後可用於製造甲醇和其他燃料。麻省理工學院化學家丹·諾塞拉正在開發分解水的鈷基催化劑。）
然而，邁耶的發現還需要進一步發展才能準備好進行商業規模的應用。例如，邁耶的釕催化劑在分解二氧化碳時能量效率不高。它需要1.65伏電壓才能驅動反應。相比之下，博卡斯利的系統可以將二氧化碳轉化為甲醇，“一種可以說是更有用的分子，只需0.2伏電壓。”邁耶承認這個缺點，並且他正在努力改進這個過程，使其工作更快，需要的電壓更低。“我們正在繼續迭代過程，使事情變得更好，”他說。
儘管如此，邁耶用釕催化劑進行的實驗，是首次完整地實現光合作用，這是一個潛在的重大實際突破。