这是化学面临的最伟大的挑战——发明一组可以把水和阳光全部有效地转化成廉价清洁的能源的系统。

当我们看到一棵沐浴在阳光里的植物时，羡慕之情不觉油然而生。它们生长在那里，日复一日地从阳光里汲取大量的养分；而排出的，除了我们呼吸所需的氧气之外，别无其他讨厌的东西。相比较而言，人类对燃料生产的开发则以破坏为代价，十分混乱。对全球来说，我们从地下开采煤、石油、天然气燃烧时所产生的二氧化碳，远远大于它能够被消耗的量。

作为真正的绿色卫士，我们在模仿植物的行为方面可以做些什么？位于巴萨迪那（Pasadena）的加州理工学院的一位化学家Nate Lewis说：“在1个小时里从太阳辐射到地球上的能量要比人类1整年所消耗的能量还要多！”我们知道如何把太阳能转化为电能——这就是光电池要做的事。但是在我们需要的地方和需要的时候，并不总是阳光普照。通过光合作用，植物能够把阳光转化成养分储藏起来，放在以后再用。倘若我们人类也能这样做，把太阳能节省下来供雨天使用，或者直接压入燃料储藏罐，那么让我们最为困惑的能源问题大部分也可以迎刃而解了。实现人工光合作用的挑战已经确定——然而它将被证明是最伟大的挑战之一。

当然，没有人会说光合作用是件容易的事。植物为了进化到现在这样的程度也花了几百万年的时间，而且也没有达到尽善尽美的程度。光合作用的全部内容就是：利用太阳的能量把水分解成它的组成成分——氢和氧，再从化学上把它们重新组合成具有更大能量的分子——在植物中借助大气里的二氧化碳合成了碳水化合物。……