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为了捕获太阳的丰富能量，基本上有两种可用的工程模型：光伏 (PV) 电池，将太阳能转化为流动的电子；或光合作用植物细胞，将太阳能转化为植物食物。那么哪种方法效果更好呢？毕竟，这样的判断可能有助于为决策者提供信息，以决定是发展生物燃料还是太阳能发电。
但是，这个问题没有简单的答案，因为它引出了一个更深层次的问题：哪种方法更有价值？是产生的电子的绝对数量——即所谓的效率——还是将太阳光转化为储存的化学能？毕竟，存储是一种高价值的特性，它使得最初从植物中提取的化石燃料如此有价值——廉价、能量密集、易于运输且可存储以供后续使用。太阳能或其他来源的电力则不然，电力必须在产生的瞬间被捕获，并且目前只有有限且昂贵的存储选择：电池。
化学家内森·刘易斯指出：“如果能直接从阳光中高效地制造化学燃料[碳氢化合物，如石油中的那些]，那将是颠覆性的变革。”他领导的实验室专注于这一前景：美国能源部的人工光合作用联合中心。“它将最大的能源来源和最大的存储结合在一起。”
因此，一个由 18 位生物学家、化学家和物理学家组成的小组着手回答这个问题，他们首先创建了大致等效的系统——正如人们常说的，苹果与苹果比较，而不是苹果与橙子比较。光合作用（由藻类进行）每年将大约 3% 的入射阳光转化为有机化合物，包括更多的植物细胞。“人工光合作用”——包括一个光伏电池，该电池提供电力将水分解为氢气和氧气——每年将大约 10% 的入射阳光转化为可用的氢气。
根据5 月 13 日发表在《科学》杂志上的分析，这种差异表明光合作用可能还有改进的空间。毕竟，太阳能电池能够吸收更多的太阳能，因为它们可以捕获从红外线到紫外线的整个电磁频谱，而叶绿素和其他光合色素仅吸收可见光。向植物引入有助于它们捕获紫外线或红外线的色素可能会改变这种状况。
另一个想法是重新配置光合作用本身。目前，植物采用两个系统——称为光系统 I 和光系统 II——将阳光、二氧化碳和水转化为碳水化合物。但是，这两个光系统都依赖于捕获可见光光子，这意味着这两个系统竞争每一束入射的阳光。如果科学家调整系统，使光系统 I 依赖可见光，而光系统 II 吸收，例如，紫外线——植物的效率将大大提高。
华盛顿大学圣路易斯分校的生物化学家罗伯特·布兰肯希普是该分析报告的主要作者，他说：“这将是串联光伏电池的生物学等效物”，或者说是吸收不同波长光线的堆叠式光伏电池。堆叠式光伏已被证明可以将超过 40% 的入射阳光转化为电力，尽管价格高得令人望而却步。这种合成的光合生物体随后可能成为未来的燃料精炼厂——能源高级研究计划署 (ARPA-e) 正在积极追求这一前景，ARPA-e 是一个新成立的联邦机构，其任务是将替代能源的科学发现转化为可部署的技术。
与此同时，任何生物阳光捕获方法都面临一个重要的限制——必须保持经过增强的细菌或植物的存活。ARPA-e 的技术副主任兼所谓电燃料项目经理、化学家埃里克·图恩解释说：“我们不希望它们使用这些资源来制造细菌；我们希望它们使用这些资源来制造燃料。”他没有参与这项分析，“当你调整细菌以关闭那些没有达到你想要的目标的途径时，你必须让细菌能够存活下来。”电燃料是一项利用极端微生物制造人类燃料的努力。
科学家们也没有考虑其他可能降低这两种方法或其中一种方法的效用的因素，例如土地或水资源需求、废物、对食物供应的影响或任何其他相关的考虑因素。例如，氢燃料电池汽车仍然 costing 数十万美元的事实可能会掩盖人工光合作用生产最轻元素的用处。尽管如此，仅从将最多的阳光转化为可用能源的角度来看，人工光合作用胜出。
但是，现在还不要排除自然界，无论是增强的还是其他的。毕竟，植物在某些方面做得非常好，而光伏电池——或人工光合作用系统——做不到，例如以低浓度吸收空气中的二氧化碳（百万分之 382 且还在上升），并利用阳光将其转化为燃料和氧气。
普林斯顿大学的化学家安德鲁·博卡斯利说：“天然光合作用将二氧化碳转化为糖，其中含有大量的碳-碳键。”他没有参与这项分析，“我们研究二氧化碳化学已经很长时间了，超过 100 年，几乎没有证据表明我们能做到树叶所做的事情。”
当然，植物还有另一个显著的优势——一个坏的光合作用细胞可以自我修复；事实上，这是其正常运作的一部分。迄今为止，还没有任何人工系统——无论是超高效的还是其他的——能够自我修复。