Pieces to the Puzzle of the Water-Energy-Food Nexus: Considerations of Managed Aquifer Recharge, Conceptual Analyses, and Computations of Interlinkages

Steigende Bedarfe an Wasser, Energie und Nahrungsmitteln in Verbindung mit Bevölkerungswachstum und Klimawandel bedrohen das menschliche Wohlergehen und intensivieren die Überbeanspruchung natürlicher Ressourcen. Der Wasser-EnergieNahrungsmittel Nexus (WEF-Nexus) hat sich als integrierter Ansatz herauskristallisiert, um zur Effizienzsteigerungen in diesen Sektoren, zur Verringerung der Ressourcenbelastung und zur Unterstützung einer nachhaltigen Entwicklung beizutragen. Obgleich viele Studien und Projekte an den Schnittstellen von Wasser, Energie und Nahrungsmitteln durchgeführt wurden, besteht weiterhin ein wissenschaftlicher Diskurs darüber, was den WEF-Nexus genau ausmacht. Diese Dissertation soll durch theoretische und angewandte Untersuchungen einen Beitrag zu dieser Debatte leisten. Die Dissertation befasst sich zunächst mit der kontrollierten Grundwasseranreicherung (Managed Aquifer Recharge, MAR) in Costa Rica. Eine auf einem Geoinformationssystem (GIS) basierte Multi-Kriterien-Analyse zeigt, dass mehr als 30% des Landes für die Anwendung der MAR-Versickerungsmethode gut oder sehr gut geeignet sind. MAR kann u.a. eine vielversprechende und vielseitige Technologie sein, um den Grundwasserspiegel wiederherzustellen, Grundwasserleiter als Wasserpuffer zwischen Zeiten von Dargebot und Bedarf zu nutzen oder die Wasserqualität zu verbessern. Durch die Diskussion der Anwendbarkeit von MAR am Lake Arenal und im Paacume-Projekt – in beiden Fällen treten große Herausforderungen an der Schnittstelle von Wasser, Energie und Nahrung auf – wird die Notwendigkeit eines WEF-Nexus Ansatz aufgezeigt. Um zu verstehen, was das Konzept des WEF-Nexus ausmacht, bietet die Dissertation konzeptionelle Analysen zum WEF-Nexus auf der Grundlage einer systematischen Literaturrecherche von 73 konzeptionellen wissenschaftlichen Artikeln aus den letzten zwei Jahrzehnten. Die Analyse zeigt, dass der WEF-Nexus auf bereits bestehenden integrierten Ansätzen aufbaut, jedoch mit dem Ziel, von der Integration in den Sektoren zu einer sektorübergreifenden Integration überzugehen sowie die Politikkohärenz zu verbessern. Die Ergebnisse bestätigen zudem, dass es weiterhin keine allgemein anerkannte Definition des WEF-Nexus gibt. Zudem bietet die Dissertation einen Überblick über 32 verschiedene Nexus Konzepte, etwa ein Dutzend Hauptmerkmale des WEF-Nexus und bis zu 21 verschiedene Aspekte, die im WEF-Nexus integriert werden könnten. Beispiele für Merkmale sind Interdisziplinarität, Transdisziplinarität oder die Ermöglichung der Beteiligung und Einbeziehung von Interessengruppen. Zu den neuen Merkmalen eines WEF-Nexus gehören ferner die Entwicklung von Nexus-Indikatoren, die Einbeziehung der politischen und sozialen Dimension sowie ein Fokus auf Innovation. Um den WEF-Nexus anzuwenden, ist ein detailliertes Verständnis der vielen individuellen Verflechtungen zwischen den Bereichen Wasser, Energie und Ernährung erforderlich. Eine solche detaillierte Analyse wird in der Dissertation durch Berechnungen an der Schnittstelle von Wasser und Elektrizität mit unterjähriger Auflösung während der hochdynamischen COVID-19-Pandemie geliefert. Während der Lockdown-Maßnahmen in Europa war der Wasserfußabdruck der thermischen Stromerzeugung im Vergleich zum gleichen Zeitraum vorangegangener Jahre um 21% abgesenkt. Grund dafür sind drei Faktoren: eine mittelfristige Veränderung im Strommix in den Jahren vor der Pandemie hin zu einer weniger wasserintensiven Stromerzeugung sowie – während der Lockdowns – eine kurzfristige Veränderung hin zu einer weniger wasserintensiven Stromerzeugung und ein Rückgang der Stromproduktion im Allgemeinen. Die Analyse zeigt außerdem die Veränderungen im Handel von virtuellem Wasser in fünf europäischen Ländern durch die Verschiebung von Elektrizitätsimporten und -exporten. Auf der Grundlage der Methodik dieser Analyse wurde die Datenverfügbarkeit bewertet, um ein Instrument zu skizzieren, mit dem der Wasserfußabdruck und der virtuelle Wasserhandel in Europa nahezu in Echtzeit überwacht werden könnte. Ein solches Instrument könnte im Rahmen des WEF-Nexus eingesetzt werden, um das Bewusstsein für den Wasserverbrauch bei der Stromerzeugung zu schärfen, private Akteure zu incentivieren, ihren Wasserfußabdruck zu verringern, und Anreize auf dem Strommarkt zu schaffen, um die Wasserintensität bei der Stromerzeugung z.B. durch Preismechanismen zu reduzieren. Durch diese Ergebnisse trägt die Dissertation zur konzeptionellen und praktischen Weiterentwicklung des WEF-Nexus bei, um so die Herausforderungen an den Schnittstellen von Wasser, Energie und Nahrung besser zu bewältigen und dadurch die nachhaltige Entwicklung in Costa Rica, Europa und darüber hinaus zu unterstützen.