Water-Energy-Food Nexus: Current Status and Trends



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Water-Energy-Food Nexus: Current Status and Trends

The energy and resource challenges in turning society to a more sustainable direction are tremendous and urgent. Water, energy, and food are lifeline sectors essential for human well-being and social and economic sustainability. The demand for sustainable development derives from the growing world population and its demand for increasing living standards, which generates a huge demand for water, energy, and food. The United Nations estimates that the world population will rise to approximately 10 billion by 2050, of which approximately 4 billion will live in severely water-stressed basins. The growth of global energy demand is comparatively modest because of widespread deployment of energy-efficient technologies and the transition of the world economy toward service and lighter industrial sectors, but a 37% increase indemand by 2040 is still predicted.

Due to existing institutional arrangements (e.g., separate government ministries), important decision making about water, energy, and food usually lacks coordination [4]. Too often, policy makers fail to consider sustainability challenges in a holistic way and ignore the interconnections among the World Economic Forum systems. The tentative concept of addressing WEF issues in a systematic manner dates back to the Limits to Growth in the early 1970s [8]. That work established a prospective model based on the exponential growth of five variables—world population, industrialization, pollution, food production, and resource depletion—and presented a system analysis archetype for addressing sustainability challenges. In 2011, the WEF emphasized that the world’s food, water, and energy resources were already experiencing significant stress or shortfalls and would continue to experience them in the next 20 years.

Population growth and economic development rely on a reliable supply of water, energy, and food. However, the interconnections and trade-offs among these resources challenge the simultaneous achievement of water, food, and energy security objectives. Thus, quantifications of the WEF nexus has become, and will continue to be, a vibrant research pursuit that advances integrated WEF modeling and management to provide important strategies for sustainable development in today’s dynamic and complex world. The inherent correlation of the three sectors requires stakeholders in both public and private sectors to model and manage the sustainability issue in a systematic and holistic manner. The existing estimates at various scales (global, national, regional, and technical) for a broad range of impact categories such as energy, water, land use, and environmental pollutant and greenhouse gases emissions, pave the way for integrated WEF nexus modeling and assessment. But the comparability of different study results needs to be further improved by harmonizing system boundaries, definitions, approaches, and methodologies adopted for quantification. For example, applying the harmonization approach to existing estimates of electricity generation technologies such as coal, conventional natural gas, shale gas, nuclear, and renewables to yield robust results that include complete life cycle stages, important production activities, and cost-effective technology adoptions for decision makings.



Yuan Chang , Guijun Li , Yuan Yao , Lixiao Zhang and Chang Yu . Review Quantifying the Water-Energy-Food Nexus: Current Status and Trends. Energies, 2016, 9, 65; doi:10.3390/en9020065
Nexus Água-Energia-Alimentos: status atual e tendências
Os desafios de energia e recursos para transformar a sociedade numa direção mais sustentável são gritantes e urgentes. Água, energia e alimentos são essenciais setores do transcorrer da vida para o bem-estar humano e a sustentabilidade social e econômica. A demanda por um desenvolvimento sustentável decorre da crescente população mundial e da demanda pelo aumento do padrão de vida, o que gera uma enorme demanda de água, energia e alimentos. As Nações Unidas calculam que a população mundial aumentará para aproximadamente 10 bilhões em 2050, dos quais aproximadamente 4 bilhões viverão em bacias hidrográficas severamente desgastadas. O crescimento da demanda global de energia é comparativamente modesto devido à implantação generalizada de tecnologias eficientes em termos de energia e à transição da economia mundial em direção ao serviço e aos setores industriais mais leves, mas ainda está previsto um aumento de 37% da demanda até 2040.
Devido aos arranjos institucionais existentes (por exemplo, ministérios governamentais separados), a tomada de decisões importantes sobre água, energia e alimentos geralmente não possui coordenação. Muitas vezes, os decisores políticos não consideram os desafios da sustentabilidade de forma holística e ignoram as interconexões entre os sistemas do Fórum Econômico Mundial. O conceito inicial de abordar problemas do WEF de maneira sistemática remonta aos Limites para o Crescimento no início da década de 1970. Esse trabalho estabeleceu um modelo prospectivo baseado no crescimento exponencial de cinco variáveis ​​- população mundial, industrialização, poluição, produção de alimentos e depleção de recursos - e apresentou um arquétipo de análise do sistema para enfrentar desafios de sustentabilidade. Em 2011, o WEF enfatizou que os recursos alimentares, aquáticos e energéticos do mundo já estavam experimentando estresse ou déficits significativos e continuariam a experimentá-los nos próximos 20 anos.
O crescimento da população e o desenvolvimento econômico dependem de um abastecimento confiável de água, energia e alimentos. No entanto, as interconexões e negócios entre esses recursos desafiam a realização simultânea de objetivos de segurança de água, alimentos e energia. Assim, as quantificações do nexus do WEF tornaram-se e continuarão a ser uma busca de pesquisa em destaque que avança na modelagem e gerenciamento integrados para fornecer estratégias importantes para o desenvolvimento sustentável no mundo dinâmico e complexo de hoje. A correlação inerente dos três setores requer que as partes interessadas nos setores público e privado modelem e gerenciem a questão da sustentabilidade de forma sistemática e holística. As estimativas existentes em várias escalas (global, nacional, regional e técnica) para uma ampla gama de categorias de impacto, como energia, água, uso do solo e poluição ambiental e emissões de gases de efeito estufa, abrem caminho para a modelagem e avaliação integrada do nexus WEF. Mas a compatibilidade dos diferentes resultados do estudo precisa ser melhorada através da harmonização das fronteiras, definições, abordagens e metodologias do sistema adotadas para a quantificação. Por exemplo, aplicando a abordagem de harmonização às estimativas existentes sobre tecnologias de geração de eletricidade, como carvão, gás natural convencional, gás de xisto, energia nuclear e renováveis ​​para produzir resultados robustos que incluem etapas completas do ciclo de vida, atividades de produção importantes e adoções de tecnologia economicamente viáveis para tomada de decisão.


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