化学家们已经详细研究了自然光合作用的过程、效率、优化,以及人类能否改善它。CO2的固化反应,即把CO2转化为糖,可以立刻带来新的粮食、可再生能源。在2008年,美国化学家Andrew· B. Bocarsly 演示了如何把CO2变成甲醇;他的“液光”技术就是希望把CO2转化为工业碳水化合物。另一方面,还需要把H2O分解为氢和氧;这当然可以电解水,可是得耗费大量的电力,以致于得不偿失。1967年,日本化学家Akira Fujishima发现TiO2可以对水的分解进行催化;自此化学家们相信,完善的金属催化系统或许可行:毒性不大、高反应性、持久、可以大规模制造。关键问题是,大规模的水分解、氢气的大量存储很困难。