Cererea tot mai mare de energie a presupus arderea unei cantități din ce în ce mai mari de combustibili fosili. Aceștia produc gaze cu efect de seră, care încălzesc atmosfera. Totuși, plantele își produc propria energie prin procesul de fotosinteză, care utilizează dioxidul de carbon din atmosferă. De-a lungul timpului, cercetătorii au încercat să replice acest proces pentru a crea un combustibil curat și verde.
Din păcate, fotosinteza este o reacție chimică greu de replicat. Ea implică multe procese, inclusiv captarea luminii solare, separarea moleculelor de apă pentru a produce protoni și unirea acestor protoni cu atomi de carbon din CO2 pentru a produce în cele din urmă combustibil sub formă de zaharuri. În natură, aceste sarcini sunt îndeplinite de o serie de proteine care au evoluat în sute de milioane de ani și care transformă energia solară în combustibil cu o eficiență de cel mult 1%.
În urmă cu un deceniu, chimistul Daniel Nocera din cadrul Universității Harvard a făcut un mare pas înainte prin dezvoltarea unor catalizatori pe bază de nichel și cobalt, care ar putea descompune apa. Totuși, aceasta este doar o parte a recreării fotosintezei, iar procesul nu a progresat foarte mult de atunci.
După aceea, oamenii au început să realizeze că, în loc să recreeze fotosinteza de la zero, aceștia ar putea lua cele mai bune părți ale proceselor chimice și biologice și le-ar putea integra într-o frunză bionică. Astfel de frunze folosesc materiale care absorb eficient lumina soarelui, precum și proteine naturale, care excelează la îmbinarea moleculelor de combustibil. Recent, o echipă condusă de Erwin Reisner din cadrul Universității din Cambridge a folosit un material denumit perovskit pentru a capta lumină și o enzimă denumită formiat de dehidrogenază. Frunza bionică rezultată transformă lumina în formiat, o substanță chimică care poate fi folosită în cadrul celulelor de combustie, cu o eficiență de aproape 1%, adică similară cu cea a frunzelor reale.
Nocera a adoptat o abordare similară. În anul 2016, el a prezentat un sistem în care catalizatorii de divizare a apei au produs protoni și electroni. Aceștia au fost redirecționați către o serie de bacteriilor realizate prin bioinginerie. Configurația ar putea folosi lumina soarelui pentru a transforma CO2 în combustibil și biomasă, cu o eficiență de aproximativ 11%. „Am realizat un sistem capabil de fotosinteză artificială completă, care este de 10 până la 100 de ori mai eficient decât natura”, a declarat Nocera.
Aceasta este o mare provocare, pe care chimiștii au rezolvat-o în mare parte. „Nu mai este o problemă de inginerie chimică. Nu este nici măcar o problemă de tehnologie”, a declarat Nocera. Pentru el, motivul pentru care acești combustibili produși de frunzele bionice nu sunt folosiți are mai mult de-a face cu lipsa voinței de a construi infrastructura necesară.