二氧化碳再利用的關鍵一步₂製造可持續燃料的方法是將碳原子連結在一起，密西根大學開發的人工光合作用系統可以將其中兩個原子結合成碳氫化合物，具有領域領先的性能。

該系統生產乙烯的效率、產量和壽命遠高於其他人工光合作用系統。乙烯是一種通常用於塑膠的碳氫化合物，因此該系統的一個直接應用是收集二氧化碳否則將被排放到大氣中用於製造塑膠。

「其性能或活性和穩定性比通常報導的要好大約五到六倍太陽能或光驅動的二氧化碳還原為乙烯，」密西根大學電機與電腦工程教授、該論文的通訊作者 Zetian Mi 說。學習在自然合成。

「乙烯實際上是世界上產量最多的有機化合物。但它通常是在高溫高壓下用石油和天然氣生產的，所有這些都會排放二氧化碳₂」。

長期目標是將更長的碳原子和氫原子鏈串在一起以產生液體燃料可以輕鬆運輸。部分挑戰是去除二氧化碳中的所有氧氣₂作為碳源和水，H₂O，作為氫源。

該設備透過兩種半導體吸收光：氮化鎵奈米線森林，每根奈米線只有 50 奈米（幾百個原子）寬，以及它們生長的矽基底。將水和二氧化碳轉化為乙烯的反應發生在銅簇上，每個銅簇約有 30 個原子，散佈在奈米線上。

將奈米線浸入富含二氧化碳的水中，並暴露在相當於中午太陽光的光線下。來自光的能量釋放出電子，使氮化鎵奈米線表面附近的水分裂。這會產生氫氣以供乙烯反應使用，同時也會產生氧氣，氮化鎵吸收氧氣後變成氮氧化物。

銅善於附著在氫上並抓住二氧化碳中的碳，將其轉化為一氧化碳。透過混合中的氫和光注入的能量，該團隊相信有兩種一氧化碳分子與氫鍵合在一起。據信該反應在銅和氮氧化物之間的界面處完成，其中兩個氧原子被剝離並被分解水的三個氫原子取代。

研究團隊發現，61%自由電子光產生的半導體有助於產生乙烯的反應。雖然基於銀和銅的不同催化劑達到了大約 50% 的相似效率，但它需要在碳基液體中運行，並且只能發揮幾個小時的作用，然後就會降解。相比之下，密西根團隊的設備運行了 116 小時而沒有減速，該團隊已經運行了類似設備 3,000 小時。

這部分是由於氮化鎵和水分解過程之間的協同關係：添加氧氣可以改善催化劑並實現自修復過程。該設備壽命的限制將在未來的工作中進行探索。

最終，裝置製作完成乙烯其速度比最接近的競爭系統高出四倍以上。

「未來，我們希望生產一些其他多碳化合物，例如具有三個碳的丙醇或液體產品，」密西根大學電氣和電腦工程助理研究科學家、該論文的第一作者張冰星說。

液體燃料可以使許多現有的運輸技術可持續，這是 Mi 的最終目標。