Las plantas obtienen su energía de una manera muy diferente a la forma en que las personas obtienen energía. Cuando un ser humano necesita energía, come. Cuando una planta necesita energía, utiliza el proceso de fotosíntesis para absorber dióxido de carbono del medio ambiente y utilizar la luz solar para convertirlo en azúcares, que es el tipo de energía que necesita para seguir viviendo. Los científicos han estado trabajando para replicar el proceso de fotosíntesis, tratando de aprovechar la energía del sol de una manera nueva, efectiva y ecológicamente amigable, y la investigación de la fotosíntesis artificial ha arrojado resultados interesantes.
La capacidad de producir fotosíntesis artificial se anunció por primera vez en 2000, aunque la investigación había estado en las etapas de planificación antes de esa fecha. Los investigadores se basaron en el efecto Honda-Fujishima, que fue descubierto en 1953 y utiliza dióxido de titanio como fotocatalizador. Un fotocatalizador acelera los procesos relacionados con la luz y, en este caso, la energía.
Debido al interés científico y empresarial en la fotosíntesis artificial y al deseo de nuevos productos potenciales que pudieran derivarse de ella, el campo de investigación se dividió en dos lados. Esto produjo dos resultados diferentes: células fotoelectroquímicas y células solares sensibilizadas con colorante. Cada célula opera con principios diferentes, pero intenta obtener el mismo resultado: energía fotosintética artificial que se puede aprovechar y almacenar para su uso posterior, lo que reduciría la dependencia mundial de fuentes de energía no renovables.
Las células fotoelectroquímicas, también denominadas PEC, utilizan la corriente eléctrica del agua para crear hidrógeno y oxígeno en un proceso llamado electrólisis. Luego, la electricidad se puede almacenar en el hidrógeno, que es un «portador de energía», y la energía se puede utilizar más tarde, como en las baterías. Hay dos tipos de PEC, uno que utiliza superficies semiconductoras para absorber la energía solar y ayudar a dividir las moléculas de agua para su uso energético. La otra variedad utiliza metales disueltos para extraer energía solar y comenzar el proceso de fotosíntesis artificial. Los catalizadores metálicos más comunes para este tipo de reacción son el cobalto y el rodio. Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han descubierto que estos metales son los más efectivos para este tipo de trabajo.
El otro tipo de célula que se está investigando, la célula solar sensibilizada con colorante, a veces se denomina célula de Gratzel o célula de Graetzel. Al igual que las PEC, las células de fotosíntesis artificial sensibilizadas con colorante utilizan un semiconductor para recolectar energía, generalmente silicio. En las células sensibilizadas con colorante, el semiconductor se usa para transportar la energía recolectada y los fotoelectrones, o partículas de energía, se separan y aprovechan usando colorantes especiales. Las células de Gratzel se consideran la forma más eficaz de fotosíntesis artificial disponible en la actualidad, así como la más rentable de fabricar. Las desventajas se deben principalmente a problemas de temperatura relacionados con los colorantes líquidos, ya que estos pueden congelarse a temperaturas más bajas y detener la producción de energía, expandirse a temperaturas más altas y romperse.
Todavía se están realizando investigaciones en el campo de la fotosíntesis artificial, especialmente en la búsqueda de mejores catalizadores y mecanismos de transporte de energía. Si bien no son la forma más efectiva de producción de energía disponible, todavía hay un gran interés en ellos debido a su alto rendimiento potencial, bajo costo de fabricación y posibles implicaciones para el medio ambiente. Si la fotosíntesis artificial pudiera hacerse accesible y confiable, la dependencia mundial de los combustibles fósiles no renovables podría reducirse en gran medida.