본 발명은 엽록체를 포함하는 세포; 및 상기 세포에 삽입된 도선을 포함하고, 상기 도선은 엽록체의 틸라코이드 막에 접촉하거나 관통하도록 삽입되어 광 에너지에 의해 광합성 전자가 세포 밖으로 추출될 수 있도록 조작된 세포를 이용하여 수소를 생산하는 방법 및 수소 생산 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 엽록체를 포함하는 세포의 광합성 전자를 세포 밖으로 추출할 수 있도록 도선을 세포 내로 삽입한 조작된 세포를 제공하고, 이러한 조작된 세포의 광합성 전자를 활용한 금속촉매를 제공할 수 있다. 또한, 이를 이용하여 광합성 동안 발생하는 산소를 촉매하여 낮은 농도로 자가제어하며, 양성자를 촉매하여 지속적인 수소생산이 가능한 수소생산 시스템 및 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 전자원으로 CO2와 물만 소비하여 태양광을 연료로 전환할 수 있고, 특히 비용 효율성과 생산된 연료의 즉각적인 가용성 측면에서 매우 우수한 인공 광합성 시스템을 제공하는 효과가 있다.