„Wasser ist ein sehr besonderes Medium“

8. April 2026

Foto: Isadora Tast/TUHH

Patrick Huber bei der Eröffnung des Exzellenzclusters im Februar 2026.

Kürzlich hat der Exzellenzcluster „BlueMat – Water-Driven Materials“ seine Arbeit aufgenommen. BlueMat ist der erste Exzellenzcluster an der TU Hamburg und stärkt das PIER-PLUS-Profil „PIER Neue Materialien“ – neben der TUHH sind acht PIER-PLUS-Partner am Cluster beteiligt. Sprecher sowohl des Clusters als auch des PIER-PLUS-Profils ist der Materialphysiker Prof. Dr. Patrick Huber.

Der neue Exzellenzcluster forscht an Materialien, die Wasser und dessen Eigenschaften nutzen. Was macht Wasser in diesem Kontext so besonders?

Patrick Huber: Wasser ist eine faszinierende Ressource, die wir nutzen wollen, um eine ganz neue Klasse von Materialien zu entwickeln. Wasser ist ein sehr besonderes Medium: Es hat eine ganze Reihe von Anomalien, z.B. eine außergewöhnlich hohe Oberflächenspannung. Diese besonderen Eigenschaften wollen wir uns zunutze machen. Insbesondere im Nanobereich können wir damit Erstaunliches bewirken, z.B. elektrische Energie gewinnen, wenn wir Wasser in ganz kleine Poren drücken. Unser Exzellenzcluster hat insgesamt vier Forschungsfelder: Von der Mechanik und Fluidik über die Photonik bis hin zu den Energiematerialien. Diese Bandbreite erfordert es, konsequent interdisziplinär zu arbeiten. Daher sind in unserem Cluster Wissenschaftler:innen aus der Physik und Chemie ebenso vertreten wie aus den Ingenieurswissenschaften, der Mathematik, Informatik oder auch der Botanik. Diese ganz unterschiedlichen Herangehensweisen an Wasser als Treiber für neue Materialien macht unseren Cluster so besonders.

Wozu benötigen wir überhaupt neue Materialien?

Huber: Viele Materialien beruhen auf komplexer Chemie. Sehr häufig brauchen wir bei der Herstellung Elemente, die umweltgefährdend oder sehr selten sind, oder aber in Ländern vorkommen, die geopolitisch nicht unkompliziert sind. Außerdem bedingt der komplexe Aufbau meist komplexe Recyclingprozesse. Unsere „Blue Materials“ hingegen nutzen Wasser, eine weltweit verfügbare Ressource. Unter Nachhaltigkeitsaspekten ist Wasser quasi die Flüssigkeit par excellence: Sie deckt siebzig Prozent der Oberfläche unseres Planeten, sie ist auf der planetaren Ebene die Arbeitsflüssigkeit, sie bestimmt das Klima, das Wetter und unser Leben – das wollen wir nutzen, um Materialien neu zu denken und hoffentlich eine ganz neue Ära der Materialwissenschaften zu etablieren, die die grüne Energiewende beschleunigt und uns mehr Autonomie bringt.

Welche Teilforschungsbereiche des Exzellenzclusters finden Sie besonders reizvoll?

Huber: Da kann ich mich wirklich nicht entscheiden, denn jeder Forschungsbereich hat seinen eigenen Reiz: Im Bereich der Mechanik wollen wir z.B. autonome Sensoren oder Aktuoren entwickeln, die sich nur durch Kontakt mit Wasser bewegen. Beim Fluid-Transport geht es darum, Pumpmechanismen in Materialien zu integrieren, die nur die Kapillarkräfte von Wasser nutzen, ähnlich wie in Bäumen Wasser gegen die Schwerkraft hochgepumpt wird, ganz ohne mechanische Pumpen. Der Bereich Photonik hat aber auch großes Potential, herkömmliche Chemie mit Vorbildern aus der Natur zu ersetzen, um z.B. selbsttönende Fenstermaterialien zu entwickeln. Und das Feld der Energiematerialien eröffnet uns ebenfalls unglaubliche Möglichkeiten. Die Hydrovoltaik zum Beispiel hat im Vergleich zur Photovoltaik einen Riesenvorteil: Wir sind nicht auf sonniges Wetter angewiesen, sondern können den absolut verlässlichen Zyklus Ebbe und Flut nutzen: Flächen werden nass, trocken, und wieder nass. Dabei wird Ladung getrennt, also lässt sich daraus elektrische Energie gewinnen. Auch das ist für mich eine tolle Vision.

Gehen wir einen großen Schritt zurück: Warum haben Sie selbst eigentlich die Physik als Ihren Beruf gewählt?

Huber: Schon als Jugendlicher war ich neugierig auf naturwissenschaftliche Fragen. Es faszinierte mich, dass sich eine enorme Vielfalt an Phänomenen – von Elementarteilchen bis zu kosmischen Strukturen – durch wenige fundamentale Prinzipien wie Symmetrien und Erhaltungssätze beschreiben lässt. Diese grundlegende Ordnung hinter komplexen Erscheinungen hat mich dazu bewogen, Physik zu studieren. Während meiner Promotion beschäftigte ich mich dann intensiv mit Materialien, insbesondere mit nanoporösen Strukturen und dem Verhalten von Flüssigkeiten unter räumlicher Einschränkung. Das besondere Potenzial von Wasser als funktionalem Fluid wurde mir dabei immer bewusster. Bis heute fasziniert mich diese Verbindung von grundlegenden physikalischen Prinzipien mit komplexen, anwendungsnahen Fragestellungen.

Der Cluster findet sich auch im PIER-PLUS-Profil „Neue Materialien“. Können Sie mehr zu dieser Einbettung sagen?

Huber: Mit der erfolgreichen Anwerbung des Clusters ist uns an der TUHH etwas gelungen, was PIER PLUS von Beginn an fördert: Nämlich das kooperative Vorantreiben von neuen Ideen und Vorhaben über institutionelle und fachliche Grenzen hinaus. PIER PLUS hat uns auch in der Antragsphase unterstützt und wurde auch als strukturbildendes Element explizit im Antrag erwähnt. Zugleich ist das PIER-PLUS-Profil noch etwas breiter als der Cluster, dort bringen wir Materialforschung auch abseits des Zukunftsfelds „wasser-basierte Materialien“ zusammen. Und weil Materialforschung eben ein so breites Feld ist, spielt sie auch in Exzellenzclustern der Universität Hamburg eine Rolle: Etwa bei der Untersuchung von Schriftzeugnissen in „Understanding Written Artifacts“ oder im Cluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“, der sich mit Materie auf atomarer Skala befasst.