وجد ثلاثة من الباحثين من مختبر لورانس بيركلي Lawrence Berkeley الوطني والعاملين في المركز المشترك لعملية التركيب الضوئي الاصطناعي أنه ينبغي أن يكون من الممكن تحقيق زيادة في كفاءة التركيب الضوئي الصناعي قدرها عشرة أضعاف تقريبًا عن كفاءة التركيب الضوئي الطبيعي، وذلك عند تحويل ثنائي أوكسيد الكربون إلى وقود باستخدام الطاقة الشمسية. وفي ورقة بحثهم المنشورة في تقديمات الاكاديمية الوطنية للعلوم PNAS، يصف كل من مينيش ساينغ Meenesh Signh، إزرا كلارك Ezra Clarck، وأليكسيس بيل Alexis Bell السيناريوهات المختلفة التي تم اختبارها ولماذا يعتقدون أنه ينبغي أن يكون من الممكن تحقيق هكذا تحسّن في الكفاءة.
إن تحويل ثنائي أوكسيد الكربون إلى غاز أول أوكسيد الكربون ومزيج من الهيدروجين، أو حتى أفضل من ذلك، إلى مزيج من الهيدروجين والميثان، سيقدم فائدتين أساسييتين هامتين وهما الحصول على الوقود النظيف وإزالة ثنائي أكسيد الكربون من الجو. وإن هذه التقنيات تحاكي التركيب الضوئي الطبيعي، ولكن تأخذ الفكرة إلى ما هو أبعد من ذلك، فتتراوح كفاءة النباتات في هذه العملية بين 0.5% و2%، بينما التكنولوجيا الحالية ترفع هذه النسبة حتى تصل إلى ما يقارب 7%، ولكن يعتقد الباحثون في لورنس بيركلي أنه يمكن رفع الكفاءة إلى ما هو أعلى من ذلك بكثير. وكانوا يعملون في إطار برنامج تموِّله وزارة الطاقة في الولايات المتحدة الأمريكية ويأملون في الحصول على نموذج أولي في غضون خمس سنوات. في هذا العمل الأخير أخذ الفريق بعين الاعتبار أربعة أنواع مختلفة من تقنيات التركيب الضوئي الاصطناعي، ثلاثة منها تعتمد على الخلايا الكهروضوئية (مع أعداد مختلفة من متصلات P-N) والآخر يتضمن مفهوم الضوء الجهدي المكهرب photovoltaic electrolyzer، وهو نظام يكمن فيه عنصر الضوئية الجهدية photovoltaic خارج حجرة التفاعل. وكجزء من الدراسة، نظروا أيضا في استخدام النحاس أو الفضة كأقطاب سالبة (مهابط) في التفاعل.
وقد توصّل الفريق حتى الآن، إلى وجود اثنين من التكوينات والإعدادات والتي تبدو بأنها مثالية، واحدة منهما من المفترض أن تكون قادرة على انتاج الغاز الصناعي بكفاءة قدرها 18.3%، في حين أن الثنائية من المفترض أن تكون قادرة على انتاج الهيثان hythane بكفاءة قدرها 20.3% تقريبًا. ولاحظو أن الهيثان Hythane ينتج انبعاثات أقل بكثير عند احتراقه من كل من الغاز الطبيعي أو الديزل.
ويعتقد الفريق أن أية جهاز ينبثق من أبحاثهم من المرجح أن يُستَخدَم كجزء من مُجَمَّع كبير للطاقة الشمسية، مقدمًا بذلك وسيلة لتخزين الطاقة الزائدة بطريقة لا تتضمن أيه بطاريات، والتي يعتقد الفريق بأنها ليست كافية لتلبية احتياجات المستقبل. ولكن أعضاء الفريق ليسوا متأكدين من ما إذا كانت هذه الأجهزة ستكون قادرة فعلا على سحب غاز ثنائي أوكسيد الكربون من الهواء المحيط بشكل مباشر، مع الأخذ بعين الاعتبار أن استخدام مصدر موجود حاليًا قد تكون فكرة أفضل، مثل الغاز المتولد من بئر (حقل) للغاز الطبيعي.
