En realidad, es mucho más simple evitar la fotosíntesis, la fotorreducción y el ciclo de Calvin recurriendo a la división fotocatalítica del agua mediante el uso de la reacción altamente endotérmica para almacenar energía en forma de hidrógeno y producir oxígeno a través de
Desafortunadamente, como se describe en ¿Por qué los paneles solares son tan ineficientes? ¿Qué nos impide cosechar 80-90-100% de la energía solar? ¿Qué tan eficientes son las plantas más eficientes? Hay varios problemas con la capacidad de capturar completamente toda esta luz y llevar a cabo esta reacción.
En cambio, lo que podemos hacer es centrarnos en ciertas lecciones que se pueden aprender de la fotosíntesis y aplicar esas lecciones a la evolución del oxígeno . El resultado de este esfuerzo se puede ver en el Centro Join para la Fotosíntesis Artificial del Departamento de Energía de los EE. UU. [1]
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El beneficio de usar fotoreducción es que puedes capturar mejor más electrones. Como se muestra en el “Esquema Z” a continuación, la luz excita los electrones que pasan a través de una variedad de proteínas de transferencia y finalmente alcanzan la Ferredoxina-NADP (+) reductasa (FNR) que puede mover electrones a través de NADPH. Durante este proceso, también puede generar ATP. 
Sin embargo, como muchas otras personas han mencionado, estos pasos requieren una gran cantidad de enzimas, proteínas basadas en metales, cofactores y la división de ciertos componentes de otros. Además, los componentes que se generan mediante fotosíntesis, ATP y NADPH no son aptos para formas de energía no biológicas. Podríamos recapitular varios de estos componentes y usar varias de las lecciones aprendidas al comprender la fotosíntesis, pero no tiene ningún sentido copiar completamente la reacción.
Como resultado, las personas se han quedado con la división del agua. El problema es, ¿cómo realiza efectivamente la reacción de división del agua y la evolución del hidrógeno dentro del mismo sistema utilizando catalizadores económicos? Se producen varios problemas con esta reacción, ya que requerimos mucha energía de los fotones, los potenciales de oxidación y reducción de los pasos individuales son increíblemente distantes, y el costo de los catalizadores necesarios para realizar tales reacciones es increíblemente costoso.
Una de las propuestas más exitosas es utilizar un concepto similar de los fotosistemas mediante el uso de un sistema de dos componentes donde la reacción de evolución de oxígeno y la evolución de hidrógeno se mantienen por separado de forma similar a cómo el complejo de evolución de oxígeno y la reductasa de ferredoxina-NADP (+) Se mantienen por separado. En lugar de usar portadores de electrones, el uso apropiado de membranas de intercambio iónico permitirá el transporte selectivo de electrones y protones a la segunda reacción. [1] 
Ahora que tenemos una separación de estos dos centros de reacción, nuevamente buscamos en la biología inspiración para diseñar los catalizadores. Un extenso trabajo en Caltech y Stanford ha examinado los grupos de metales dentro de estas oxigenasas e hidrogenasas biológicas y con una comprensión molecular de cómo funcionan estas enzimas, han intentado reproducirlas como catalizadores utilizando métodos de síntesis convencionales.
Complejo de evolución potencial de oxígeno 
Complejo potencial de hidrógeno en evolución 
Nuestro laboratorio trabaja con hidrogenasas y, aunque cumplen su función como complejos de hidrógeno, también se dañan por cosas simples como el oxígeno, que se vuelve muy problemático cuando un subproducto de toda la reacción es el oxígeno. Este es un problema muy poco trivial y nuestra capacidad para diseñar y producir catalizadores eficientes probablemente será el paso limitante de la velocidad.
Al final del día, ¿cuál es la verdadera prioridad? El DOE no está interesado en la fotosíntesis, sino en llegar a un estado en el que podamos obtener formas confiables de energía renovable. Parte de este esfuerzo incluye la captura de carbono y la creación de oxígeno mediante la fotosíntesis, pero el objetivo final es utilizar la captura de luz como combustible general. Debido a esto, la verdadera pregunta no es si podemos usar o no la fotosíntesis para generar oxígeno, es si podemos o no generar combustible.
Además del hidrógeno, esos esfuerzos también incluyen biomasa o productos químicos de alto valor. Como han mencionado mis compañeros, llegar allí es mucho más fácil usando una tonelada de cultivos que crecen con luz, agua, aire y fertilizantes.
tldr: Es un problema difícil porque la biología es realmente complicada. Hay formas más fáciles de llegar al mismo resultado.
[1] Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial
[2] División de agua
