• Energy Research

AbstractUnderstanding the complex interactions among food security, bioenergy sustainability, and resource management requires a focus on specific contextual problems and opportunities. The United Nations’ 2030 Sustainable Development Goals place a high priority on food and energy security; bioenergy plays an important role in achieving both goals. Effective food security programs begin by clearly defining the problem and asking, ‘What can be done to assist people at high risk?’ Simplistic global analyses, headlines, and cartoons that blame biofuels for food insecurity may reflect good intentions but mislead the public and policymakers because they obscure the main drivers of local food insecurity and ignore opportunities for bioenergy to contribute to solutions. Applying sustainability guidelines to bioenergy will help achieve near‐ and long‐term goals to eradicate hunger. Priorities for achieving successful synergies between bioenergy and food security include the following: (1) clarifying communications with clear and consistent terms, (2) recognizing that food and bioenergy need not compete for land and, instead, should be integrated to improve resource management, (3) investing in technology, rural extension, and innovations to build capacity and infrastructure, (4) promoting stable prices that incentivize local production, (5) adopting flex crops that can provide food along with other products and services to society, and (6) engaging stakeholders to identify and assess specific opportunities for biofuels to improve food security. Systematic monitoring and analysis to support adaptive management and continual improvement are essential elements to build synergies and help society equitably meet growing demands for both food and energy.

Abstract Income and its distribution profile are important determinants of residential energy demand and carry direct implications for human well-being and climate. We explore the sensitivity of residential energy systems to income growth and distribution across shared socioeconomic pathway-representative concentration pathways scenarios using a global, integrated, multisector dynamics model, Global Change Analysis Model, which tracks national/regional household energy services and fuel choice by income decile. Nation/region energy use patterns across deciles tend to converge over time with aggregate income growth, as higher-income consumers approach satiation levels in floorspace and energy services. However, in some regions, existing within-region inequalities in energy consumption persist over time due to slow income growth in lower income groups. Due to continued differences in fuel types, lower income groups will have higher exposure to household air pollution, despite lower contributions to greenhouse gas emissions. We also find that the share of income dedicated to energy is higher for lower deciles, with strong regional differences.

Cette étude utilise un cadre de modélisation bioéconomique spatiale pour estimer l'impact de l'extrême météo de 2012 aux États-Unis sur la sécurité alimentaire dans les pays en développement. L'étude quantifie également les effets potentiels d'un phénomène météorologique extrême similaire survenant en 2050 sous l'effet du changement climatique. Les résultats de l'étude indiquent que les conditions météorologiques extrêmes qui affectent la productivité du maïs dans les paniers de céréales clés peuvent affecter négativement la sécurité alimentaire dans les pays vulnérables. Les conditions météorologiques extrêmes de 2012 qui se sont produites aux États-Unis ont réduit la production de maïs américaine et mondiale de 29 % par rapport à la tendance ; la consommation de maïs dans le pays n'a diminué que de 5 %, ce qui a entraîné une diminution de l'excédent de maïs pour les exportations du plus grand exportateur de maïs au monde. La production mondiale de maïs a diminué de 6 % par rapport à la tendance. La baisse de la production mondiale de maïs, associée à une réduction du volume des exportations mondiales de maïs, a aggravé l'insécurité alimentaire en Afrique de l'Est, dans les Caraïbes, en Amérique centrale et en Inde. Les effets des conditions météorologiques extrêmes sur la sécurité alimentaire mondiale seraient pires si ces dernières se produisaient dans le contexte du changement climatique en 2050, en supposant qu'aucune adaptation au changement climatique ne se produise dans le monde au fil des ans. En outre, les régions les plus touchées resteraient les mêmes, que les conditions météorologiques extrêmes se produisent en 2012 au lieu de 2050 : Afrique subsaharienne (Ass), Asie du Sud et Amérique latine et Caraïbes (ALC). Cependant, une croissance soutenue du revenu par habitant dans les économies mondiales entre 2000 et 2050 permettrait à peu de pays d'Afrique subsaharienne et de la région ALC d'éliminer pratiquement la faim à l'intérieur de leurs frontières. Dans ces pays, le revenu par habitant serait suffisamment élevé d'ici 2050 pour compenser complètement l'effet négatif des conditions météorologiques extrêmes. Les résultats de l'étude sont également cohérents avec les estimations׳ de l'USDA sur la production et la consommation de maïs aux États-Unis et dans le monde en 2012 après les conditions météorologiques extrêmes. Un certain écart est constaté sur le volume du commerce mondial du maïs ; cela implique que le modèle bioéconomique surestime probablement l'effet des conditions météorologiques extrêmes sur l'insécurité alimentaire. Cependant, les tendances de l'analyse sont susceptibles d'être valides. D'autres recherches impliqueraient l'utilisation d'un modèle CGE qui peut capturer les effets nets des conditions météorologiques extrêmes. Este estudio utiliza un marco de modelado bioeconómico espacial para estimar el impacto del clima extremo de 2012 en los Estados Unidos en la seguridad alimentaria en el mundo en desarrollo. El estudio también cuantifica los efectos potenciales de un clima extremo similar que ocurra en 2050 bajo el cambio climático. Los resultados del estudio indican que los extremos climáticos que afectan la productividad del maíz en las cestas de granos clave pueden afectar negativamente la seguridad alimentaria en los países vulnerables. El extremo climático de 2012 que ocurrió en los Estados Unidos redujo la producción de maíz de los Estados Unidos y del mundo en un 29% en comparación con la tendencia; el consumo de maíz en el país disminuyó solo en un 5% y esto resultó en un menor excedente de maíz para las exportaciones del mayor exportador de maíz del mundo. La producción mundial de maíz disminuyó un 6% en comparación con la tendencia. La disminución de la producción mundial de maíz, junto con una reducción en el volumen de las exportaciones mundiales de maíz, empeoró la inseguridad alimentaria en África oriental, el Caribe, América Central y la India. Los efectos del clima extremo en la seguridad alimentaria mundial serían peores si este último ocurriera bajo el cambio climático en 2050, suponiendo que no haya adaptación al cambio climático en todo el mundo a lo largo de los años. Además, las regiones más afectadas seguirían siendo las mismas, ya sea que el clima extremo ocurra en 2012 en lugar de 2050: África Subsahariana (SSA), Asia Meridional y la región de América Latina y el Caribe (ALC). Sin embargo, el crecimiento sostenido del ingreso per cápita en todas las economías del mundo entre 2000 y 2050 permitiría que pocos países de Asia subsahariana y la región de ALC prácticamente eliminaran el hambre dentro de sus fronteras. En estos países, el ingreso per cápita sería lo suficientemente alto para 2050 como para compensar por completo el efecto negativo del clima extremo. Los resultados del estudio también son consistentes con las estimaciones׳ del USDA sobre la producción y el consumo de maíz en los Estados Unidos y en el mundo en 2012 después del clima extremo. Se encuentra cierta discrepancia en el volumen del comercio mundial de maíz; esto implica que el modelo bioeconómico probablemente sobreestima el efecto del clima extremo en la inseguridad alimentaria. Sin embargo, es probable que las tendencias del análisis sean válidas. La investigación adicional implicaría el uso de un modelo CGE que pueda capturar los efectos netos de los extremos climáticos. This study uses a spatial bio-economic modelling framework to estimate the impact of the 2012 weather extreme in the USA on food security in the developing world. The study also quantifies the potential effects of a similar weather extreme occurring in 2050 under climate change. The study results indicate that weather extremes that affect maize productivity in key grain baskets can negatively affect food security in vulnerable countries. The 2012 weather extreme which occurred in the USA reduced US and global maize production by 29% compared to trend; maize consumption in the country decreased by 5% only and this resulted in less surplus maize for exports from the largest maize exporter in the world. Global maize production decreased by 6% compared to trend. The decrease in global maize production coupled with a reduction in the volume of global maize exports worsened food insecurity in eastern Africa, the Caribbean and Central America and India. The effects of the weather extreme on global food security would be worse, if the latter were to occur under climate change in 2050, assuming no climate change adaptation worldwide over the years. In addition, the hardest-hit regions would remain the same, whether the weather extreme occurs in 2012 instead of 2050: Sub-Saharan Africa (SSA), South Asia and the Latin America and Caribbean (LAC) region. However, sustained growth in per capita income across world economies between 2000 and 2050 would allow few countries in SSA and the LAC region to virtually eliminate hunger within their borders. In these countries, per capita income would be high enough by 2050 to completely offset the negative effect of the weather extreme. The study results are also consistent with USDA׳s estimates on US and global maize production and consumption in 2012 after the weather extreme. Some discrepancy is found on the volume of global maize trade; this implies that the bio-economic model likely overestimates the effect of the weather extreme on food insecurity. However, the trends from the analysis are likely to be valid. Further research would involve using a CGE model that can capture the net effects of weather extremes. تستخدم هذه الدراسة إطار عمل للنمذجة الاقتصادية الحيوية المكانية لتقدير تأثير الطقس المتطرف لعام 2012 في الولايات المتحدة الأمريكية على الأمن الغذائي في العالم النامي. تحدد الدراسة أيضًا الآثار المحتملة لظاهرة مناخية مماثلة تحدث في عام 2050 في ظل تغير المناخ. تشير نتائج الدراسة إلى أن الظروف المناخية القاسية التي تؤثر على إنتاجية الذرة في سلال الحبوب الرئيسية يمكن أن تؤثر سلبًا على الأمن الغذائي في البلدان الضعيفة. أدى الطقس المتطرف لعام 2012 الذي حدث في الولايات المتحدة الأمريكية إلى انخفاض إنتاج الذرة في الولايات المتحدة والعالم بنسبة 29 ٪ مقارنة بالاتجاه السائد ؛ وانخفض استهلاك الذرة في البلاد بنسبة 5 ٪ فقط، مما أدى إلى انخفاض فائض الذرة للصادرات من أكبر مصدر للذرة في العالم. انخفض الإنتاج العالمي من الذرة بنسبة 6 ٪ مقارنة بالاتجاه. أدى الانخفاض في الإنتاج العالمي من الذرة إلى جانب انخفاض حجم صادرات الذرة العالمية إلى تفاقم انعدام الأمن الغذائي في شرق أفريقيا ومنطقة البحر الكاريبي وأمريكا الوسطى والهند. ستكون آثار الطقس المتطرف على الأمن الغذائي العالمي أسوأ، إذا حدث هذا الأخير في ظل تغير المناخ في عام 2050، على افتراض عدم وجود تكيف مع تغير المناخ في جميع أنحاء العالم على مر السنين. بالإضافة إلى ذلك، ستبقى المناطق الأكثر تضرراً كما هي، سواء حدث الطقس المتطرف في عام 2012 بدلاً من عام 2050: أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى وجنوب آسيا ومنطقة أمريكا اللاتينية والبحر الكاريبي. ومع ذلك، فإن النمو المستدام في دخل الفرد عبر الاقتصادات العالمية بين عامي 2000 و 2050 سيسمح لعدد قليل من البلدان في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى ومنطقة أمريكا اللاتينية والكاريبي بالقضاء فعليًا على الجوع داخل حدودها. في هذه البلدان، سيكون دخل الفرد مرتفعًا بما يكفي بحلول عام 2050 للتعويض تمامًا عن التأثير السلبي للطقس المتطرف. تتوافق نتائج الدراسة أيضًا مع تقديرات وزارة׳ الزراعة الأمريكية حول إنتاج الذرة الأمريكية والعالمية واستهلاكها في عام 2012 بعد الطقس القاسي. يوجد بعض التناقض في حجم تجارة الذرة العالمية ؛ وهذا يعني أن النموذج الاقتصادي الحيوي من المحتمل أن يبالغ في تقدير تأثير الطقس المتطرف على انعدام الأمن الغذائي. ومع ذلك، من المرجح أن تكون الاتجاهات من التحليل صحيحة. وسيشمل المزيد من البحث استخدام نموذج فريق الخبراء الاستشاري الذي يمكنه التقاط الآثار الصافية للظواهر الجوية المتطرفة.

L'agriculture intelligente face au climat (AIC) relève le défi de répondre à la demande croissante de nourriture, de fibres et de carburant, malgré le changement climatique et la diminution des possibilités d'expansion agricole sur de nouvelles terres. L'ASC se concentre sur la contribution au développement économique, à la réduction de la pauvreté et à la sécurité alimentaire ; le maintien et l'amélioration de la productivité et de la résilience des fonctions des écosystèmes naturels et agricoles, renforçant ainsi le capital naturel ; et la réduction des compromis impliqués dans la réalisation de ces objectifs. Les lacunes actuelles en matière de connaissances, de travail au sein de l'ASC et d'agendas pour la recherche interdisciplinaire et les actions scientifiques identifiées lors de la Conférence scientifique mondiale de 2013 sur l'agriculture intelligente face au climat (Davis, Californie, États-Unis) sont décrites ici dans trois thèmes : (1) les systèmes agricoles et alimentaires, (2) le paysage et les questions régionales et (3) les aspects institutionnels et politiques. Les deux premiers thèmes comprennent la physiologie et la génétique des cultures, l'atténuation et l'adaptation pour l'élevage et l'agriculture, les obstacles à l'adoption de pratiques d'AIC, la gestion des risques climatiques et l'énergie et les biocarburants (thème 1) ; et la modélisation de l'adaptation et de l'incertitude, la réalisation de la multifonctionnalité, les systèmes alimentaires et de pêche, la biodiversité forestière et les services écosystémiques, la migration rurale du changement climatique et les paramètres (thème 2). Le thème 3 comprend la conception de recherches qui relient les disciplines, en intégrant les contributions des parties prenantes pour relier directement la science, l'action et la gouvernance. En plus de la recherche interdisciplinaire parmi ces thèmes, les impératifs comprennent le développement (1) de modèles qui incluent l'adaptation et la transformation au niveau de la ferme ou du paysage ; (2) des approches de capacité pour examiner des solutions multifonctionnelles pour les défis agronomiques, écologiques et socio-économiques ; (3) des scénarios qui sont validés par des preuves et des mesures directes pour soutenir les comportements qui favorisent la résilience et le capital naturel ; (4) des réductions du risque qui peuvent présenter des obstacles formidables pour les agriculteurs lors de l'adoption de nouvelles technologies et pratiques ; et (5) une compréhension de la façon dont le climat affecte la main-d' œuvre rurale, le régime foncier et l'intégrité culturelle, et donc la stabilité de la production alimentaire. Un travail efficace au sein de l'ASC impliquera les parties prenantes, abordera les questions de gouvernance, examinera les incertitudes, intégrera les avantages sociaux aux changements technologiques et établira le financement climatique dans un cadre de développement vert. Ici, l'approche socio-écologique vise à réduire les controverses sur le développement associées à l'AIC et à identifier les technologies, les politiques et les approches menant à des modes de production et de consommation alimentaires durables dans un climat changeant. La agricultura climáticamente inteligente (ASAC) aborda el desafío de satisfacer la creciente demanda de alimentos, fibra y combustible, a pesar del cambio climático y la menor cantidad de oportunidades de expansión agrícola en tierras adicionales. La ASAC se centra en contribuir al desarrollo económico, la reducción de la pobreza y la seguridad alimentaria; mantener y mejorar la productividad y la resiliencia de las funciones de los ecosistemas naturales y agrícolas, construyendo así capital natural; y reducir las compensaciones involucradas en el cumplimiento de estos objetivos. Las lagunas actuales en el conocimiento, el trabajo dentro de la ASAC y las agendas para la investigación interdisciplinaria y las acciones basadas en la ciencia identificadas en la Conferencia Mundial de Ciencia sobre Agricultura Climáticamente Inteligente de 2013 (Davis, CA, EE. UU.) se describen aquí en tres temas: (1) sistemas agrícolas y alimentarios, (2) paisaje y cuestiones regionales y (3) aspectos institucionales y políticos. Los dos primeros temas comprenden la fisiología y la genética de los cultivos, la mitigación y la adaptación para la ganadería y la agricultura, las barreras a la adopción de prácticas de ASAC, la gestión del riesgo climático y la energía y los biocombustibles (tema 1); y la modelización de la adaptación y la incertidumbre, el logro de la multifuncionalidad, los sistemas alimentarios y pesqueros, la biodiversidad forestal y los servicios ecosistémicos, la migración rural del cambio climático y las métricas (tema 2). El tema 3 comprende el diseño de investigaciones que unan disciplinas, integrando las aportaciones de las partes interesadas para vincular directamente la ciencia, la acción y la gobernanza. Además de la investigación interdisciplinaria entre estos temas, los imperativos incluyen el desarrollo de (1) modelos que incluyan la adaptación y la transformación a nivel agrícola o paisajístico; (2) enfoques de capacidad para examinar soluciones multifuncionales para los desafíos agronómicos, ecológicos y socioeconómicos; (3) escenarios validados por evidencia directa y métricas para apoyar comportamientos que fomenten la resiliencia y el capital natural; (4) reducciones en el riesgo que pueden presentar barreras formidables para los agricultores durante la adopción de nuevas tecnologías y prácticas; y (5) una comprensión de cómo el clima afecta la fuerza laboral rural, la tenencia de la tierra y la integridad cultural, y por lo tanto la estabilidad de la producción de alimentos. El trabajo efectivo en ASAC involucrará a las partes interesadas, abordará los problemas de gobernanza, examinará las incertidumbres, incorporará los beneficios sociales con el cambio tecnológico y establecerá el financiamiento climático dentro de un marco de desarrollo verde. Aquí, el enfoque socioecológico tiene como objetivo reducir las controversias de desarrollo asociadas con la ASAC e identificar tecnologías, políticas y enfoques que conduzcan a patrones sostenibles de producción y consumo de alimentos en un clima cambiante. Climate-smart agriculture (CSA) addresses the challenge of meeting the growing demand for food, fibre and fuel, despite the changing climate and fewer opportunities for agricultural expansion on additional lands. CSA focuses on contributing to economic development, poverty reduction and food security; maintaining and enhancing the productivity and resilience of natural and agricultural ecosystem functions, thus building natural capital; and reducing trade-offs involved in meeting these goals. Current gaps in knowledge, work within CSA, and agendas for interdisciplinary research and science-based actions identified at the 2013 Global Science Conference on Climate-Smart Agriculture (Davis, CA, USA) are described here within three themes: (1) farm and food systems, (2) landscape and regional issues and (3) institutional and policy aspects. The first two themes comprise crop physiology and genetics, mitigation and adaptation for livestock and agriculture, barriers to adoption of CSA practices, climate risk management and energy and biofuels (theme 1); and modelling adaptation and uncertainty, achieving multifunctionality, food and fishery systems, forest biodiversity and ecosystem services, rural migration from climate change and metrics (theme 2). Theme 3 comprises designing research that bridges disciplines, integrating stakeholder input to directly link science, action and governance. In addition to interdisciplinary research among these themes, imperatives include developing (1) models that include adaptation and transformation at either the farm or landscape level; (2) capacity approaches to examine multifunctional solutions for agronomic, ecological and socioeconomic challenges; (3) scenarios that are validated by direct evidence and metrics to support behaviours that foster resilience and natural capital; (4) reductions in the risk that can present formidable barriers for farmers during adoption of new technology and practices; and (5) an understanding of how climate affects the rural labour force, land tenure and cultural integrity, and thus the stability of food production. Effective work in CSA will involve stakeholders, address governance issues, examine uncertainties, incorporate social benefits with technological change, and establish climate finance within a green development framework. Here, the socioecological approach is intended to reduce development controversies associated with CSA and to identify technologies, policies and approaches leading to sustainable food production and consumption patterns in a changing climate. تتصدى الزراعة الذكية مناخياً (CSA) للتحدي المتمثل في تلبية الطلب المتزايد على الغذاء والألياف والوقود، على الرغم من تغير المناخ وقلة فرص التوسع الزراعي على أراضٍ إضافية. تركز وكالة الفضاء الكندية على المساهمة في التنمية الاقتصادية والحد من الفقر والأمن الغذائي ؛ والحفاظ على إنتاجية ومرونة وظائف النظم الإيكولوجية الطبيعية والزراعية وتعزيزها، وبالتالي بناء رأس المال الطبيعي ؛ والحد من المفاضلات التي ينطوي عليها تحقيق هذه الأهداف. يتم هنا وصف الفجوات الحالية في المعرفة والعمل داخل وكالة الفضاء الكندية وجداول أعمال البحوث متعددة التخصصات والإجراءات القائمة على العلم التي تم تحديدها في مؤتمر العلوم العالمي لعام 2013 حول الزراعة الذكية مناخياً (ديفيس، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية) ضمن ثلاثة مواضيع: (1) النظم الزراعية والغذائية، (2) المناظر الطبيعية والقضايا الإقليمية و (3) الجوانب المؤسسية والسياساتية. يشمل الموضوعان الأولان فسيولوجيا المحاصيل وعلم الوراثة، والتخفيف والتكيف مع الثروة الحيوانية والزراعة، والحواجز التي تحول دون اعتماد ممارسات التقييم الذاتي الشامل، وإدارة مخاطر المناخ والطاقة والوقود الحيوي (الموضوع 1 )؛ ونمذجة التكيف وعدم اليقين، وتحقيق تعدد الوظائف، ونظم الأغذية ومصائد الأسماك، والتنوع البيولوجي للغابات وخدمات النظم الإيكولوجية، والهجرة الريفية من تغير المناخ والمقاييس (الموضوع 2). يشتمل الموضوع 3 على تصميم البحوث التي تربط بين التخصصات، وتدمج مدخلات أصحاب المصلحة للربط المباشر بين العلم والعمل والحوكمة. بالإضافة إلى البحوث متعددة التخصصات بين هذه الموضوعات، تشمل الضرورات تطوير (1) نماذج تشمل التكيف والتحول على مستوى المزرعة أو المناظر الطبيعية ؛ (2) مناهج القدرات لدراسة الحلول متعددة الوظائف للتحديات الزراعية والبيئية والاجتماعية والاقتصادية ؛ (3) السيناريوهات التي يتم التحقق منها من خلال الأدلة والمقاييس المباشرة لدعم السلوكيات التي تعزز المرونة ورأس المال الطبيعي ؛ (4) الحد من المخاطر التي يمكن أن تشكل حواجز هائلة للمزارعين أثناء اعتماد التكنولوجيا والممارسات الجديدة ؛ و (5) فهم كيفية تأثير المناخ على القوى العاملة الريفية وحيازة الأراضي والسلامة الثقافية، وبالتالي استقرار الإنتاج الغذائي. وسيشمل العمل الفعال في مجال تقييم الاحتياجات المناخية أصحاب المصلحة، ومعالجة قضايا الحوكمة، ودراسة أوجه عدم اليقين، ودمج الفوائد الاجتماعية مع التغير التكنولوجي، وإنشاء تمويل مناخي ضمن إطار التنمية الخضراء. هنا، يهدف النهج الاجتماعي الإيكولوجي إلى الحد من الخلافات التنموية المرتبطة بـ CSA وتحديد التقنيات والسياسات والنهج التي تؤدي إلى أنماط مستدامة لإنتاج الأغذية واستهلاكها في مناخ متغير.