Economy-wide policy modeling of the food-energy-water nexus : identifying synergies and tradeoffs on food, energy, and water security in Malawi

Food, energy, and water are essential goods for human survival. The three goods are intrinsically connected through economic consumption and production linkages as well as ecological processes. All three are dependent on limited resources which are threatened by global drivers in the form of economic growth, population growth, and climate change that are particularly affecting developing countries. Therefore, a nexus perspective that simultaneously encompasses food, energy, and water has become crucial to avoid resource inefficiencies and to ensure the provision of the three goods for the most vulnerable people. This dissertation contributes to the research on the food-energy-water (FEW) nexus approach through first developing integrated modeling frameworks that capture the linkages between food, energy, and water, in order to secondly identify those policy measures that maximize the synergies for food, energy, and water security and minimize the tradeoffs. To this end, three studies analyze four policies – biofuels production, irrigation expansion, improved cookstoves and agroforestry – that directly affect food, energy, and water security and provide a large scope for realizing synergies. The empirical findings of this dissertation show that policy measures indeed produce some tradeoffs between FEW security, but that – if policies are designed correctly – the tradeoffs can be minimized while simultaneously maximizing the synergies. These findings are an essential contribution to the literature through proving that even in a world with enormous pressures on limited resources, prudent policy making can provide FEW security for all people. Finally, the results demonstrate that the development of integrated modeling frameworks is vital for quantitative analyses of policies that simultaneously affect the economic, social, and environmental spheres to identify the synergies and tradeoffs. This dissertation makes an important methodological contribution to integrated environmental-economic modeling of developing countries and may serve as a starting point for future research on linking the economy and the environment in models.

Nahrungsmittel, Energie und Wasser sind für den Menschen lebenswichtige Güter, die sowohl durch volkswirtschaftliche Produktions- und Konsumverflechtungen als auch durch Umweltprozesse intrinsisch miteinander verknüpft sind. Alle drei Güter sind auf begrenzte Ressourcen angewiesen, die durch globale Antriebsfaktoren wie Wirtschaftswachstum, Bevölkerungswachstum und Klimawandel stark gefährdet sind, welche besonders Entwicklungsländer beeinträchtigen. Eine Nexus-Perspektive, die Nahrungsmittel, Energie und Wasser gleichzeitig betrachtet, ist daher zentral, um ineffiziente Ressourcennutzung zu vermeiden und die Versorgung mit lebenswichtigen Gütern für besonders gefährdete Menschen sicherzustellen. Diese Dissertation zielt darauf ab, einen Beitrag zur Forschung über den Nahrungsmittel-Energie-Wasser (NEW) Nexus zu leisten, einerseits durch die Entwicklung von ganzheitlichen Simulationsmodellsystemen, welche die Verflechtungen zwischen Nahrungsmitteln, Energie und Wasser erfassen, um andererseits solche Politiken zu bestimmen, die sowohl die Synergien zwischen Ernährungs-, Energie- und Wassersicherheit maximieren als auch die Zielkonflikte minimieren. Dazu untersuchen drei Studien vier verschiedene Politiken – Biokraftstoffproduktion, Ausbau von Bewässerung, verbesserte Kochherde und Agroforstwirtschaft, – welche Ernährungs-, Energie- und Wassersicherheit direkt beeinflussen und daher zahlreiche Möglichkeiten für Synergien bieten. Die empirischen Forschungsergebnisse dieser Dissertation zeigen auf, dass Politiken fast immer gewisse Zielkonflikte zwischen Ernährungs-, Energie- und Wassersicherheit hervorbringen, aber dass – wenn Politiken richtig ausgestaltet sind – diese Zielkonflikte minimiert werden können und gleichzeitig Synergien maximiert werden. Diese Resultate bilden einen grundlegenden Beitrag zur empirischen Literatur, da sie belegen, dass sogar unter dem vorherrschenden gewaltigen Druck auf begrenzte Ressourcen eine kluge Politik die Versorgung mit Nahrungsmitteln, Energie und Wasser für alle Menschen erreichen kann. Außerdem manifestieren die Forschungsergebnisse die Notwendigkeit, ganzheitliche Simulationsmodellsysteme für die quantitative Analyse von Politiken zu entwickeln, die gleichzeitig volkswirtschaftliche, gesellschaftliche und ökologische Wirkungsbereiche beeinflussen, um Synergien und Zielkonflikte überhaupt zu identifizieren. Diese Dissertation strebt danach, einen wichtigen Beitrag zur ganzheitlichen ökologisch-ökonomischen Modellierung von Entwicklungsländern zu leisten, und kann als Ausgangspunkt für zukünftige Forschung über die Kopplung von volkswirtschaftlichen und ökologischen Modellen dienen.