因此，几十年来，科学家们都致力这样一件事：将燃料燃烧的反应逆转——利用取之不尽、用之不竭的太阳能，把水和二氧化碳重新变回燃料：
水+二氧化碳碳氢化合物 → 氢气+氧气
在太阳的帮助下，让燃烧的产物摇身一变，变成生产燃料的原料，重新用于工业、交通、发电、采暖等诸多领域。如果该技术最终得以实现，将对人类的清洁能源未来有着重大的意义：我们终于可以摆脱化石燃料，实现零碳循环。
整个过程却十分困难。实现太阳能燃料的合成，需要依赖高效的催化剂。可是，这种催化剂十分稀少——过去40年间，科学家们只发现了 16 种，而且还是研究别的问题的时候误打误撞发现的。这16种材料的表现也并不尽如人意。
但是，来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和加州理工学院的研究人员只用了 2 年时间，便新增了12种可以用作光阳极的材料。他们是怎么做到的呢？答案是：超级计算机进行理论计算 + 高通量实验法大量筛选。
密度泛函理论（DFT）被广泛应用于计算多电子体系的电子结构。本研究进一步改进了这一算法，用以精确、高效地计算金属氧化物的能带。
首先，科学家们建立了一个涵盖多达 60,000 种金属氧化物材料的数据库；其次，科学家改良了一种叫做“密度泛函理论（Density Functional Theory， DFT）”的研究多电子体系电子结构的量子力学计算方法，在保留了其高效的同时，提高了计算半导体禁带宽度的精度。
采用了许多加快计算速度的方法之后，科学家们获得了此类计算的史上最快速度。然而，要对数据库里60,000种材料的化学性质逐一进行详细计算，依然是一项十分浩大的工程——如此巨大的计算量，在太阳能燃料直接转化刚刚提出的数十年前，是不可想象的。
科学家用超级计算机计算了60,000种材料的化学性能，从中筛选出几十种以供测试
但是，21世纪的科学家拥有了一项前所未有的强大工具：超级计算机。科学家们使用了美国能源部旗下的国家能源研究科学计算中心（NERSC）的超级计算机，进行了几百次理论计算——从中筛选出了几十种有可能可以使用的化合物，交给实验设备进行验证。
在NERSC，被命名为Edison的超级计算机（Cray XC30）
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