Marginal cost curves (MCCs) are popular decision-support tools for assessing and ranking the cost-effectiveness of different options in environmental policy and management. However, conventional MCC approaches have been criticized for lack of transparency and disregard for complexity; not accounting for interaction effects between measures; ignoring ancillary benefits and costs; and not considering intertemporal dynamics. In this paper, we present an approach to address these challenges using a system dynamics (SD)-based model for producing dynamic MCCs. We describe the approach by applying it to evaluate efforts to address water scarcity in a hypothetical, but representative, Swedish city. Our results show that the approach effectively addresses all four documented limitations of conventional MCC methods. They also show that combining MCCs with behavior-over-time graphs and causal-loop diagrams can lead to new policy insights and support a more inclusive decision-making process. 

Vattenbrist är en akut global, och i många områden växande, utmaning. Pågående klimatförändringar och växande behov i stora delar av världen förändrar både tillgången och efterfrågan på rent vatten. Europa står inför flera akuta vattenrelaterade utmaningar med betydande säkerhets- och miljömässiga konsekvenser. Perioder av återkommande vattenbrist är en av de främsta utmaningarna som redan har drabbat flertalet europeiska länder, särskilt utsatt är området kring medelhavet. Men, även i Sverige är vattenbrist en utmaning som äventyrar försörjning av både dricksvatten och vatten till industri och jordbruk i flera regioner i de södra och sydöstra delarna av landet. I både Vimmerby och Visby, Kalmar och Gotlands län, ses vattenbrist i dag som den främsta utmaningen för att säkra dricksvattenförsörjningen. Risken för vattenbrist förväntas öka i framtiden för båda dessa städer då pågående klimatförändringar bidrar till ökade säsongsvariationer i både nederbörd och temperatur. Utöver vattenbrist brottas båda städerna dessutom med att upprätthålla en god vattenkvalitet. Avrinning från jordbruket (bekämpningsmedel, gödselmedel, etc.) och föroreningar från urbana hårdgjorda ytor som letar sig ned i grund- och ytvattenkällor utgör en ständig risk för vattenkvaliteten i den samhällsviktiga dricksvattenförsörjningen. För att adressera dessa utmaningar och säkra tillgången till dricksvatten i tillräcklig mängd och av god kvalitet även i framtiden behövs ett övergripande tillvägagångssätt, som omfattar hållbara metoder för hantering av grundvatten, förbättrad övervakning av vattenkvalitet och utveckling av robusta strategier som möjliggör anpassning till att klara av ett föränderligt klimat. I detta projekt har konceptet industriell-urban vattensymbios utforskats som en möjlig lösning för att bidra till säkrad vattentillgång och minskad belastning på lokala dricksvattenresurser, med städerna Visby och Vimmerby som fallstudieobjekt. Vattensymbios är ett systematiskt samarbete där olika aktörer i samhället (industri, kommunala verksamheter, jordbruk, m.fl.) agerar tillsammans för att optimera vattenanvändningen och minska avfallet genom lösningar som faciliterar utbyte och återanvändning av vatten, biprodukter och resurser på ett ömsesidigt fördelaktigt sätt. Till exempel kan renat industriavloppsvatten återanvändas för jordbruksbevattning eller som kylvatten i närliggande industrier, vilket minskar efterfrågan på dricksvatten. Detta tillvägagångssätt främjar ett effektivt resursutnyttjande som minimerar vattenslöseri och minskar systemets totala miljöpåverkan. Projektets övergripande syfte har varit att utreda hur en industriell-urban vattensymbios skulle kunna utformas i Visby och Vimmerby för att minska belastningen på lokala vattenresurser genom nyttjandet av mjölkkondensat från Arla Foods AB’s som en möjlig vattenkälla. Utöver detta har projektet syftat till att utveckla och tillämpa en arbetsprocess för uppbyggnaden av lokala vattensymbiosinitiativ genom strukturerade intressentinvolverande metoder. I ett samarbete mellan lokala VA-bolag, kommunala och privata verksamheter och vattenanvändare, och forskare från RISE har en nulägesbedömning av vattentillgång, vattenbehov, vattenbalansmodellering och en kartläggning av vattenflöden tillgängliga för en framtida symbios genomförts. Tekniska möjligheter att effektivisera vattenanvändningen genom recirkulering och utbyte av vattenströmmar av varierande kvalitet har undersökts och utvärderats genom en kombination av teknoekonomisk analys och kvalitativ utvärdering tillsammans med medverkande vattenproducenter och verksamheter. Även hinder för implementering av vattensymbioser har undersökts (juridiska, tekniska och affärsmässiga) och förslag på åtgärder för att överbrygga dessa har tagits fram. Resultaten från projektet pekar på tydliga likheter och skillnader mellan de två fallstudieområdena. Bland verksamheter i både Visby och Vimmerby anses intern effektivisering och återanvändning av vatten vara en mer genomförbar lösning än vattensymbios i samverkan med andra verksamheter. Samtidigt ansågs symbioslösningar ha en större besparingspotential och kunna bidra med riskminimerande diversifiering bort från enbart en vattenkälla. För att symbioslösningar skall vara gångbara krävs dock att dessa sker inom ett relativt avgränsat geografiskt område för att minimera kostnader kopplade till transport av vatten mellan aktörer. För att utveckla symbiossamarbeten som fungera långsiktigt är tillit en avgörande aspekt. Även omfattande tillit mellan verksamheter lyftes som en avgörande faktor för ett få till symbioslösningar. Den tekno-ekonomiska bedömningen i projektet genomfördes utifrån perspektivet av ett generellt företag med kommunal dricksvattenförsörjning. För ett sådant företag kommer den ekonomiska bärkraften för vattenbesparande åtgärder att bero på den relativa kostnaden för vattenrening lokalt jämfört med kostnaden för att köpa dricksvatten från kommunen. Effekterna av detta framgår tydligt när man jämför fallen Visby och Vimmerby. I Visby visar resultaten att både intern återanvändning och industriell symbios kan vara ekonomiskt lönsamma lösningar utifrån industrins perspektiv. Rening och recirkulering med hjälp av RO membran och efterföljande polering bedömdes som mest lönsamt (med en återbetalningstid på cirka 3,5 år) av de fem möjliga åtgärder som studerades. Lösningen uppskattades kunna spara motsvarande vattenbehovet hos 500 typhushåll. I Vimmerby verkar ingen av åtgärderna medföra ekonomisk lönsamhet, då kostnaderna för samtliga fall är högre än dagens kostnader för kommunaltdricksvatten. Anledningen till skillnaden i lönsamhet mellan Visby och Vimmerby förklaras huvudsakligen av skillnaden i prissättningsmodell som används i av respektive VA-bolag i de två kommunerna. Utöver prissättningsmodellens roll som möjliggörare eller hinder för vattensymbios så identifierades utveckling av ett system för klassificering av vattenflöden enligt olika kvalitetsklasser, ökad kunskap om olika vattenklassers hållbarhet, och utveckling av lagar & regler för recirkulering och användning av vatten som viktiga områden för att facilitera effektivare vattenanvändning genom symbios. Detta projekt är ett av de första i Sverige med uttalat fokus på industriell-urban vattensymbios. Lärdomar från projektet kommer vara värdefulla för att vidare utreda möjligheten för symbioslösningar i Visby och Vimmerby, men även i andra kommuner runt om i Sverige. Flera frågeställningar kvarstår att undersöka. Till exempel har detta projekt inte studerat hur variationer i vattentillgång och vattenbehov över säsongen, eller dygnet, påverkar de studerade symbioslösningarna. Dessutom behövs mer detaljerade analyser av de hydrologiska förutsättningarna i respektive fall för att säga något om hur de studerade lösningarna kan påverka den lokala vattenbalansen under olika framtidsscenarier. Vidare bör den teknoekonomiska bedömningen som genomförts förstärkas genom att inkludera mer exakta kostnadsuppgifter (till exempel leverantörspriser på utrustning), inverkan av marknadsfluktuationer, och andra osäkerheter.

As our societies and natural systems are becoming ever more interconnected, it is critical that sustainable management can adapt to new knowledge from both the ecological and the social domains, and act on it in a timely and effective manner. This need is amplifying in the Anthropocene as we are approaching the limit for humanity's safe operating space, leading to irreversible change to ecosystem function. This urgently requires increased attention and concern regarding the information feedbacks between the silos of science, policy and society. A web of policies is in place to protect the health of people and the planet, but to ensure that they are effective we need frameworks to make sense of real-world complexities and interlinkages between multiple factors. The Drivers-Pressures-State-Impacts-Response (DPSIR) framework was created for this purpose, however, its' implicit focus on 1) analytical and 2) procedural aspects must be made explicit, to enable coordination across silos and studies. Continued creation of new DPSIR derivatives may limit its impact, while more explicit coordination between these two aspects can improve the effectiveness of DPSIR while retaining its flexibility. We thus propose five elements to support sustainable policy development and implementation using DPSIR: 1) iteration; 2) risk, uncertainty and analytical bias; 3) flexible integration; 4) use of quantitative methods, and; 5) clear and standard definitions for DPSIR. We illustrate these elements in four cases: Three highlight missing feedbacks when DPSIR elements are not made explicit and a fourth case – on per-and-polyfluorinated alkyl substances (PFAS) – showing a potential roadmap to successful policy implementation using DPSIR. © 2022 The Authors