未来，我们可以用阳光和水为世界提供燃料——利用阳光从H2O中提取氢燃料。目前，用作原料和燃料的大部分氢气都来自天然气，因此并不能帮助我们减少化石燃料。但日本科学家正在引领一条由氢气驱动的未来之路，他们推出了新的、易于制造的光催化板和一个概念验证的面板反应堆，该反应堆表明有可能从水中大规模提炼氢燃料。
“使用光催化剂的阳光驱动的水分解是太阳能到化学能转换和储存的理想技术，光催化材料和系统的最新发展为其实现带来了希望，”信州大学的Kazunari Domen教授说，他是《科学前沿》文章的资深作者。“然而，许多挑战仍然存在。”21世纪的蒸汽动力
为了利用阳光将水分解为氧气和氢气，我们需要光催化剂。在光照下，这些催化剂促进了分解水的化学反应。在一步激发系统中，光催化剂将水分解为氢气和氧气。
这些系统简单但效率低下，太阳能到氢能的转换率非常低。目前更有效的是两步激发系统，其中一种光催化剂从水中释放氢气，另一种从水中释放氧气。该研究的第一作者、信州大学的Takashi Hisatomi博士说：“显然，太阳能转换技术不能在夜间或恶劣天气下运行。”。“但是通过将阳光的能量储存为燃料材料的化学能，可以随时随地使用这些能量。”这些系统具有更高的太阳能到氢能的转换率，但它们还没有准备好使用。
我们需要确定最有效和可持续的光催化剂，它们必须足够坚固，能够承受太阳升起和落下时的日常启动和关闭操作。我们还需要尽可能提高转化效率，尽量减少反应堆所需的物理空间，使反应堆的运行具有成本效益——目前，使用天然气提炼氢燃料仍然更便宜。另一个问题是，许多分解氧气和氢气的方法都会产生高爆炸性的氢氧。
这种风险可以通过分别生产氧气和氢气来消除，也可以通过使用Domen和Hisatomi团队确定的设计标准来管理。通过氢氧实验，他们确定，如果气体在狭小的隔间内点燃，它不会爆炸。材料也很重要：如果氢氧点燃，柔软的PVC塑料不会爆炸。燃料的未来
Domen和Hisatomi的团队已经成功地进行了概念验证，运行了一个100平方米的反应堆三年。这个反应堆甚至在现实世界的阳光下比在实验室条件下表现更好。
Hisatomi说：“在我们的系统中，使用紫外线响应光催化剂，在自然阳光下的太阳能转换效率大约高出1.5倍。”。“模拟标准阳光使用来自略高纬度地区的光谱。在自然阳光比模拟参考阳光具有更多短波长成分的地区，太阳能转换效率可能更高。然而，目前模拟标准阳光下的效率最多为1%，在自然阳光下不会达到5%的效率。”
为了推进这项技术并打破5%的障碍，该团队表示，需要更多的研究人员开发更高效的光催化剂并建造更大的实验反应堆。需要更多的现实世界实验来开发这项技术，使氢气成为一种可行的燃料选择。作为其中的一部分，该团队强调需要制定安全法规和效率标准。认证机构和许可证将有助于确保技术的安全发展，而确定效率的标准化方法将有助於确定最有效的系统。Domen解释说：“最重要的方面是光催化剂将太阳能转化为化学能的效率。”。
“如果将其提高到实用水平，许多研究人员将认真开发大规模生产技术和气体分离工艺，以及大规模工厂建设。这也将改变包括政策制定者在内的许多人对太阳能转换的看法，并加快与太阳能燃料相关的基础设施、法律和法规的发展。”