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理论上，阳光可以提供足够的能量来满足我们的需求。但在实践中，天空有时会被云层覆盖——而且无论是晴天还是阴天，太阳每天都会消失在地平线之下。为了克服这些限制，科学家们多年来一直致力于研究将阳光转化为化学能的新方法，即人工光合作用，它可以将太阳能以液态或气态形式储存起来——即“太阳能燃料”。多年来，他们一直在寻找一种能够完成这种复杂化学处理的化学催化剂。现在，一些研究人员认为他们可能已经找到了。
托马斯·迈耶几乎是偶然地发现了这个解决方案。迈耶是北卡罗来纳大学教堂山分校的化学家，也是该校太阳能燃料能源前沿研究中心的主任。他注意到，从事光合反应两个不同部分研究的两个独立研究小组恰好都在使用同一类催化剂——即原子为钌，周围环绕着有机分子的催化剂。其中一个小组使用这种类型的催化剂将水分解成氢气和氧气；另一个小组则将二氧化碳分解成一氧化碳和氧气。“找到一种能够同时完成这两项任务的单一催化剂是一个很大的惊喜，”迈耶说。
通过结合这两个步骤并使用相同的催化剂，迈耶意识到他们可以完全再现光合作用。天然光合作用经过多次反应后，将水、二氧化碳和阳光转化为氧气和富含能量的燃料，如糖，而迈耶的版本则将水和二氧化碳转化为氧气、氢气和一氧化碳——后者可以与氢气结合，最终制成甲醇等燃料。
这些发现表明，利用例如燃煤电厂排放的碳来制造液态燃料（如甲醇），以替代或补充用于交通运输或发电的化石燃料可能是可行的。它是如何运作的呢？来自化石燃料工厂的富含二氧化碳的水将通过钌催化剂膜，这将触发人工光合作用，将其分解为氧气以及可以转化为燃料的成分。驱动催化反应的电能将来自太阳能电池——尽管最终研究人员或许能够改进催化剂，使其直接吸收阳光。“那真的会使其像光合作用一样了，”迈耶说。他和他的同事于6月4日在《美国国家科学院院刊》上在线详细介绍了他们的发现。
普林斯顿大学化学家安德鲁·博卡斯利说，这项工作“从基础科学的角度来看是一个非常有趣的结果”，他没有参与这项研究。“这可能是对自然系统的戏剧性简化，从务实的角度来看可能非常有用。”（博卡斯利正在研究分解二氧化碳以产生一氧化碳的方法，一氧化碳随后可用于制造甲醇和其他燃料。麻省理工学院化学家丹·诺塞拉正在开发分解水的钴基催化剂。）
然而，迈耶的发现还需要进一步发展才能准备好进行商业规模的应用。例如，迈耶的钌催化剂在分解二氧化碳时能量效率不高。它需要1.65伏电压才能驱动反应。相比之下，博卡斯利的系统可以将二氧化碳转化为甲醇，“一种可以说是更有用的分子，只需0.2伏电压。”迈耶承认这个缺点，并且他正在努力改进这个过程，使其工作更快，需要的电压更低。“我们正在继续迭代过程，使事情变得更好，”他说。
尽管如此，迈耶用钌催化剂进行的实验，是首次完整地实现光合作用，这是一个潜在的重大实际突破。