Understanding, quantifying and modelling interactions between Energy and Sustainable Development

Abstract

Hållbar utveckling är avgörande för att säkerställa mänskligt välbefinnande samtidigt som planetens livsuppehållande system bevaras. Jordens säkra operativa utrymme överskrids dock för närvarande, vilket förhindrar att resurser återbildas och att avfall assimileras i tid. Hållbar utveckling kräver således systemiska omvandlingar för att anpassas till planetens bärförmåga och balansera ekonomisk, social och miljömässig hållbarhet.

Förenta nationerna antog målen för hållbar utveckling (Sustainable Development Goals, SDGs) 2015 för att avskaffa fattigdom, skydda planeten och säkerställa fred och välstånd till 2030. De 17 sammankopplade SDGs syftar till att balansera social, ekonomisk och miljömässig hållbarhet, med specifika mål och indikatorer för framsteg. SDG7, som fokuserar på tillgång till ren och prisvärd energi, är nära kopplat till andra SDGs, vilket förstärker många mål i Agenda 2030 men också presenterar potentiella målkonflikter. Att hantera dessa utmaningar kräver integration av kvalitativa och kvantitativa metoder samt främjande av deltagande metoder för kollektivt ägarskap och konsensusbyggande.

Denna avhandling utforskar användningen och utvecklingen av geobaserade metoder för att kvantifiera och modellera synergier och målkonflikter mellan energi och andra hållbarhetsdimensioner såsom vatten (SDG6), hälsa (SDG3), mat (SDG2), jämställdhet (SDG5) och klimat (SDG13). Den ställer frågan om hur Geografiska Informationssystem (GIS) effektivt kan användas för att modellera interaktionerna mellan energi och utvalda mål för hållbar utveckling (SDGs). Två huvudämnen identifieras som berör många av dessa interaktioner och som återkommer i litteraturen, samt har potential att använda geobaserade metoder: rumsligt explicit modellering av vatten-, energi- och livsmedelssystem (WEF) samt rumsligt explicit modellering av tillgång till ren matlagningsenergi.

Den starka sammankopplingen mellan vatten-, energi- och livsmedelssystem kräver holistisk planering för att bedöma den inverkan som en åtgärd för en resurs hållbarhet (t.ex. att lindra vattenbrist) kan ha på dess sammankopplade system (t.ex. energi- och livsmedelssystem). Med tanke på utmaningarna med att uppnå dessa mål för vattenstressade länder, syftar avhandlingens första forskningsfråga till att underlätta robust beslutsfattande genom att kvantifiera hur strategier för att lindra vattenbrist i vattenfattiga regioner påverkar energi och den övergripande dynamiken i WEF Nexus-system.

Artiklarna I och II utvecklade WEF Nexus-modeller för Jordanien och Marockos Souss-Massa flodbäcken, med fokus på nyckelutmaningar som vattenbrist, jordbruksproduktivitet, energianvändning och klimatförändringar. Modellerna använde WEAP för vattenplanering, MABIA för grödproduktion och en GIS-baserad modell för energianalys. Resultaten visade att avsaltning är nödvändigt men måste kombineras med koldioxidsnål energi. Att förbättra jordbrukets vattenproduktivitet gynnar WEF-systemet överlag, men har begränsad inverkan på kommunal vattenbrist. Att minska icke-debiterat vatten hjälper stadens försörjning och energianvändning men kan skada specifika akviferer. Energieffektivitet stödjer avsaltning och minskar utsläpp. Kombinerade interventioner ger bäst resultat, och övergången till solcellsdriven pumpning i Souss-Massa befanns vara genomförbar både ekonomiskt och miljömässigt. Slutligen är intressenternas deltagande och gemensamma beslutsmetriker avgörande för att hantera komplexa nexus-frågor. Dessutom utforskar Artikel III i detalj hur återanvändning av avloppsvatten inom jordbruket kan påverka WEF-systemet i North Western Sahara Aquifer System. Resultaten visade att återanvändning av behandlat avloppsvatten kan lätta på trycket på grundvattnet, minska energianvändningen och stödja hållbar utveckling. Viktiga rekommendationer inkluderar bättre vattenprissättning, effektiv bevattning och decentraliserad avloppsvattenrening.

Det andra forskningsämnet fokuserar på frågan om att uppnå universell tillgång till ren matlagningsenergi. Cirka 2,1 miljarder människor förlitar sig fortfarande på förorenande bränslen, vilket leder till allvarliga hälsorisker, tidsbördor (särskilt för kvinnor och barn), avskogning och klimatförändringar. För att fånga dessa interaktioner utvecklades en rumslig kostnads-nyttoanalys som jämför nuvarande matlagningsmetoder med renare alternativ och bedömer hälsa, miljömässiga och ekonomiska effekter för att identifiera de mest fördelaktiga alternativen för ren matlagning.

I artikel IV utvecklades OnStove, det första rumsliga verktyget med öppen källkod för kostnads-nyttoanalys av övergångar till ren matlagning, och tillämpades i Afrika söder om Sahara. Resultaten visade ett stort marknadsmisslyckande i regionen, då traditionell användning av biomassa för matlagning är dominerande trots att den erbjuder lägst social nytta. Att byta till renare spismixar skulle ge stora vinster, men kräver riktat politiskt stöd. Dessutom utökas OnStove-metoden i Artikel V genom att integrera intressentpreferenser för att vägleda politiken för ren matlagning i Nepal. Detta hjälpte till att identifiera prioriterade områden för åtgärder och stödde en effektivare resursallokering i regeringens subventionsplan för teknik för ren matlagning.

Den huvudsakliga forskningsfrågan besvaras genom att ta resultat från varje artikel. GIS var ett kraftfullt verktyg som fungerade som en integrator av modeller och hjälpte till att fylla datagap. I WEF Nexus-modellering var det avgörande att fånga rumslig variation av resurser och olika topografiska egenskaper för att förstå påverkan på energibehov och identifiera kontextspecifika återkopplingsmekanismer. Rumslig kartläggning möjliggjorde också matchning av utbuds- och efterfrågepunkter och optimering av användningen av lokala resurser. GIS-metoder gav också en mer detaljerad förståelse av kostnaderna och fördelarna med att uppnå renare matlagningstransitioner än vad som tidigare varit möjligt. Den rumsligt explicita modelleringsmetoden kan belysa geografiska och socioekonomiska variationer, vilket möjliggör riktade politiska interventioner och minskar potentiella prisbegränsningar. Slutligen möjliggör utvecklingen av metoder med öppen källkod skalbarhet och replikerbarhet av analysen i andra länder, vilket stödjer öppen vetenskap och uppnåendet av Agenda 2030.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-363915