僅利用陽光和光催化劑，一個 100 平方米（1,076 平方英尺）的反應器在三年內生產無碳氫氣，展示了該概念的潛力。這種方法的效率仍然比更常見的方法低得多，更常見的方法是光伏板首先將陽光轉化為電能，但從理論上講，直接方法可以進一步降低生產成本。
氫是終極清潔燃料——當在燃料電池中燃燒或反應時，它只產生水。例如，我們已經使用了大量的氫氣做肥料和甲醇。然而，其中大部分是使用化石燃料（所謂的「灰氫」）製造的，會釋放二氧化碳。對於目前的使用來說，更好的方法是必不可少的，更不用說廣泛使用了（儘管競爭激烈）利用氫氣實現無污染的夢想運輸、加熱或鋼鐵生產。
綠色氫氣沒有這樣的污染，而是依靠太陽能或風能將水分子分解成其組成元素。雖然很小，但這快速成長，但絕大多數依賴電力轉換作為中間步驟。信州大學的 Takashi Hisatomi 教授和 Kazunari Domen 教授認為，我們可以透過跳過這個階段做得更好，並且已經證明了可能性，儘管尚未實現實用性。
多門在一份報告中表示：“使用光催化劑的陽光驅動的水分解是太陽能到化學能轉換和存儲的理想技術，光催化材料和系統的最新發展為其實現帶來了希望。”陳述。
顧名思義，光催化劑在光的存在下刺激化學反應。儘管在許多反應中這可能有用，但將水分解成氫氣和氧氣才是改變世界的潛力所在。
Hisatomi 和 Domen 領導的團隊建造了 100 m2使用 SrTiO 光催化劑片的原型反應器3：艾爾。將幾種助催化劑置於溶液中並覆蓋在這些片材上，然後將水蒸發。水流過催化劑，氣體從管中排出。
沒有一種能源轉換是 100% 有效的，因此每增加一個階段就會降低最大總效率的上限。例如，世界上最高效的太陽能電池奮力捕捉太陽光中30%的能量轉換為電能，而量產的僅略高於20%。當電力用於水時，效率再次低下，尤其是在價格便宜的情況下鎳基催化劑使用這些材料代替貴金屬製成的材料。人們正在做大量的工作來改進這一點，但即使每個階段的效率都是 30%，組合起來也意味著氫燃料最終只能獲得太陽能的 9%。
如果合適的光催化劑的效率為 10%，則表示在相同量的陽光下可以產生更多的氫氣。這可能會讓綠氫最終在價格上與灰色產品競爭。
不幸的是，目前這是不可能的。使用模擬陽光進行直接轉換的實驗室研究的效率低得可憐。任何創新在進入現實世界時遭受更大的損失都是正常的，但在這種情況下，建設者們卻大吃一驚。
「在我們的系統中，使用紫外線響應光催化劑，在自然陽光下太陽能轉換效率大約高出一倍半，」Hisatomi 說。這是模擬陽光的全球標準基於比測試反應器所在地東京更高緯度的條件的結果——歷史上科學的北方偏見甚至在太陽能研究中也留下了遺產。熱帶地區的反應器在陽光中含有更高的紫外線成分，應該會表現得更好。
儘管如此，這項工作仍遠未達到預期目標。 「目前模擬標準陽光下的效率最多為1%，在自然陽光下還達不到5%的效率，」Hisatomi說。
低效率不僅會增加成本：效率低下的反應爐還佔據了不切實際的空間，因為它們需要大量的陽光照射。
更大的反應器會在一定程度上提高效率，但真正的進展取決於尋找更有效率的光催化劑。該領域的工作始於二氧化鈦，這種材料很常見但效率低下，現在專注於更複雜的催化劑，例如 RhCrOx/鈦酸鍶3：艾爾。
需要處理的其他問題適用於所有形式的水分解，例如在安全單獨儲存之前防止氫氣和氧氣重新結合（有時會發生爆炸）。
利用陽光直接分解水的四個主要要求是商業可行性。
圖片來源：Hisatomi 等/Frontiers 使用限制
Hisatomi 和 Domen 認為，為了實現這一目標，我們需要一個全球認證流程，比如那樣對於太陽能電池效率的聲明，具有一致的安全法規和效率標準。
目前這種方式所生產的氫氣與污染型氫氣之間存在著很大的成本差異。然而，多門並沒有灰心喪志。他說，如果出現更好的光催化劑； 「許多研究人員將認真致力於大規模生產技術和氣體分離製程的開發，以及大規模工廠建設。這也將改變包括政策制定者在內的許多人對太陽能轉換的思考方式，並加速與太陽能燃料相關的基礎設施、法律和法規的發展。
