يمكن استخدام الطاقة الكهروضوئية في عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي لتحطيم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين عبر ما يسمى بالتحليل الكهربائي للمياه التحفيزية الضوئية. هذا يعني أنه يمكن تخزين الطاقة الشمسية مباشرة في شكل هيدروجين. وبالتالي، على الرغم من أن القسم التالي يتعامل مع اقتصاد الهيدروجين، فقد قررنا تضمين التمثيل الضوئي الاصطناعي في هذا القسم (الاقتصاد الشمسي) بسبب استخدام الإشعاع الشمسي كمصدر للطاقة لإنتاج الهيدروجين تقسيم الماء هو مصطلح واسع يستخدم للإشارة إلى أي عملية كيميائية يتم فيها تحويل الماء إلى أكسجين وهيدروجين. تشمل الأبحاث النشطة في هذا المجال التقسيم الكيميائي الحراري للماء بدورة الكبريت واليود والتحليل الكهربائي بدرجة حرارة عالية والتحلل الحراري على ركائز الكربون المعيبة، وبالتالي جعل إنتاج الهيدروجين ممكنا في درجات حرارة أقل بقليل من 1000 درجة مئوية، وتقسيم الماء عن طريق التحفيز الضوئي التمثيل الضوئي الاصطناعي). ينتج هذا الأخير أيضا إلكترونات لتشغيل سلسلة نقل الإلكترون في خطوة الفسفرة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي. في الواقع، أثبت الباحثون في مختبر الأبحاث الوطني للطاقة في الولايات المتحدة أنه عند تركيز ضوء الشمس، يتم تحقيق درجة حرارة عالية وتدفق شمسي وبالتالي الحصول على الهيدروجين بطريقة رخيصة وصديقة للبيئة، أي تقسيم الميثان إلى هيدروجين وكربون. يتم البحث بنشاط عن التحفيز الضوئي المعروف أيضا باسم التمثيل الضوئي الاصطناعي، بدافع الطلب على الهيدروجين الرخيص الذي من المتوقع أن يرتفع مع اقتصاد الهيدروجين الجديد. تقنية النانو الأداة التي يمكن أن تجعل من الممكن إنتاج الهيدروجين من الطاقة الشمسية بطريقة نظيفة وصديقة للبيئة ومنخفضة التكلفة باستخدام فصل الماء التحفيزي لهذا الغرض، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من أنظمة التحفيز شبه الموصلة النانوية القائمة على CdS أو Sic وCuInSe2 أو [191]، TiO2، وآخرها هو المرشح الواعد لأنه يفي بالمتطلبات المذكورة أعلاه. ومع ذلك، لا تزال هذه التكنولوجيا في مرحلة البحث بسبب التكلفة المرتبطة بكفاءة التحويل المنخفضة. عندما يتم استخدام التيتانيا ذات البنية النانوية كمحفز، يتم إعادة اتحاد الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الماء. علاوة على ذلك، تبلغ فجوة نطاق TiO2حوالي 3.2 فولت، مما يعني أنه يمكن استخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية فقط لهذا الغرض. أخيرًا، تم أيضا الإبلاغ عن إعادة التركيب السريع لأزواج الإلكترون / الثقوب المتولدة ضوئيا في الأدبيات وبالتالي، يتم تنفيذ الكثير من العمل لتقليل هذه العيوب التي تظهرها جزيئات TiO2 النانوية. يلخص ليونغ وزملاؤه، في مقالتهم الشاملة "مراجعة وتطوير حديث في تقسيم الماء التحفيزي الضوئي باستخدام TiO2 لإنتاج الهيدروجين، الأساليب المختلفة لجعل إنتاج الهيدروجين الضوئي الشمسي ممكنا. يمكن تصنيف هذه الأساليب في فئتين عريضتين، إضافة المضافات الكيميائية وتعديل التحفيز الضوئي. تغطي إضافة الإضافات الكيميائية، من ناحية الجهات المانحة للإلكترون، وهي كواشف ذبيحة أو كاسحات ثقب تتفاعل بشكل لا رجعة فيه مع فتحات نطاق التكافؤ وتجنب إعادة التركيب وبالتالي زيادة الكفاءة الكمية لفصل الإلكترون / الفتحة على الرغم من استخدام الأيونات غير العضوية مثل +S2 / SO3 Ce4+ / Ce3 أو I / IO3، فإن أكثر الجهات المانحة للإلكترون شيوعًا هي الهيدروكربونات تم تصنيف قدرة تعزيز إنتاج الهيدروجين من قبل ندى وآخرون بالترتيب التالي الميثانول والإيثانول وأخيراً حمض اللاكتيك. في الوقت نفسه، يؤدي استخدام أملاح الكربونات كإضافات كيميائية إلى كبح التفاعل العكسي، لأن أنواع الكربونات تستهلك الثقوب الناتجة عن الصور بكميات مناسبة، مما يزيد بشكل كبير من إنتاج كل من الهيدروجين والأكسجين. تقوم المجموعة الثانية، بناء على تقنيات تعديل المحفّز الضوئي، بتغليف تعديل TiO2 عن طريق (1) تحميل معدن نبيل، والذي يمكن أن يمنع إعادة تركيب الشحنة البلاتين هو المعدن الأكثر شيوعًا ولكنه غالي الثمن، والآخر فعال وأقل معادن التكلفة هي Cu ,Ni , Ag ,Au , Pd ,Rh. في الآونةالأخيرة، تم تصنيع الأنابيب النانوية التيتانيا ذات التبادل الأيوني البلاتيني بواسطة خان وآخرون يظهر نشاطهم التحفيزي العالي على إنتاج الهيدروجين المتكافئ في كل من الماء والميثانول المائي (2) المنشطات الأيونية، بما في ذلك المعادن الانتقالية وأيونات المعادن الأرضية النادرة وكذلك الأنيونات مثل النيتروجين والكبريت التي يمكن أن توسع الاستجابة الضوئية للمنطقة المرئية، (3) التحسس، بما في ذلك الصبغة التحسس والاقتران بين أشباه الموصلات، و (4) غرس أيونات معدنية. ومن تقنيات التعديل هذه، فإن أكثر الطرق فعالية هي غرس أيون معدني وتحسس الصبغة. علاوة على ذلك، في تقنيات تحسس الصبغة الموصوف في القسم السابق، يسمح الاستخدام الإضافي للعوامل القريبة بتجديد الأصباغ، والتي، في بعض الحالات، يمكن أن تعزز معدل إنتاج الهيدروجين. على سبيل المثال، قام ناكاتو وزملاؤه بتصنيع قطب كهربائي بغشاء رقيق مصنوع من متعدد البلورات- Si / مخدر TiO2 أشباه الموصلات. يتكون النظام من غشاء رقيق TiO2 مخدر بالجسيمات مدعوم على السطح على Si متعدد البلورات غير مكلف مما يسمح بامتصاص أجزاء قصيرة وطويلة الطول الموجي للضوء الشمسي، على التوالي. وبالتالي، يمكن أن ينتج عن هذا المزيج كفاءة تحويل عالية من الطاقة الشمسية إلى مادة كيميائية تزيد عن 10%، مما يؤدي إلى نهج واعد للغاية لتحويل الطاقة الشمسية بكفاءة ومنخفضة التكلفة. كما موضح بالشكل (13.3)

الشكل (13.3) الطاقة الشمسية لإنتاج الهيدروجين