2012年7月，印度三个区域电网发生故障，引发了地球上最大规模的停电事件。超过6.2亿人——占世界人口的9%——陷入断电状态。原因是：缺水导致粮食生产紧张。由于严重干旱，农民接入越来越多的电动水泵，从地下深处抽取水源用于灌溉。这些水泵在烈日下疯狂运转，增加了发电厂的电力需求。与此同时，低水位意味着水力发电大坝的发电量低于正常水平。
更糟糕的是，今年早些时候，洪水期间从那些灌溉农场流出的径流将大量淤泥留在了大坝后面，降低了水库的蓄水能力。突然间，一个比整个欧洲人口还多，是美国人口两倍的人口陷入了黑暗。
加利福尼亚州正面临着惊人地相似的能源、水和食物困境。积雪减少、创纪录的低降雨量以及科罗拉多河流域持续的开发，已使加利福尼亚州中部河流的水量减少了三分之一。该州生产了美国一半的水果、坚果和蔬菜，以及近四分之一的牛奶，农民们正在疯狂地抽取地下水；去年夏天，一些地区的灌溉用水量是前一年的两倍。随着地下水从地下被抽出，长达400英里的中央山谷正在实际下沉。正当需要更多电力的时候，南加州爱迪生公司因缺少冷却水而关闭了两座大型核反应堆。圣地亚哥沿海建造海水淡化厂的计划受到了活动人士的挑战，他们以该设施将消耗过多能源为由反对。
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能源、水和食物是世界上最重要的三种资源。尽管这个事实在政策界广为人知，但这些资源彼此之间的相互依赖性却被严重低估了。任何一种资源的紧张都可能削弱其他资源。这种情况使我们的社会比我们想象的更加脆弱，我们还没有为等待着我们的潜在灾难做好准备。
然而，我们正在对发电厂、供水基础设施和农田做出千载难逢的决策，这些决策将持续数十年，将我们锁定在一个脆弱的系统中。国际能源署2014年的一份报告显示，仅满足世界能源需求就需要从现在到2035年间投资48万亿美元，该机构的执行主任表示，存在“投资方向错误”的实际风险，因为影响没有得到适当评估。
迫切需要一种综合方法来解决这些巨大的问题，而不是试图将每个问题与其他问题分开解决。地球上大量的居民中心都遭受干旱袭击，能源系统正面临环境制约和成本上升的压力，粮食系统正努力跟上快速增长的需求。食物、水和能源的联系是世界上许多动荡地区的大背景。利比亚和叙利亚的骚乱和革命是由干旱或高粮价引发的，导致政府垮台。我们需要解决相互关联的难题，以创建一个更综合和更有弹性的社会，但我们从哪里开始呢？
级联风险或回报
已故诺贝尔奖得主、莱斯大学的理查德·E·斯莫利在他2003年的演讲中给出了从哪里开始的提示，他强调了“未来50年人类面临的十大问题”。他的清单按重要性降序排列：能源、水、食物、环境、贫困、恐怖主义和战争、疾病、教育、民主和人口。能源、水和食物位居榜首，因为解决这些问题将以级联的方式应对更低层的问题。例如，开发丰富的清洁、可靠、负担得起的能源，可以实现充足的清洁水。拥有充足的清洁水和能源（用于制造肥料和驱动拖拉机）可以实现粮食生产。以此类推。
尽管斯莫利的清单非常出色，但它遗漏了两个重要的细微之处。首先，能源、水和食物是相互关联的。其次，尽管一个资源的丰富能够实现其他资源的丰富，但一个资源的短缺可能会造成其他资源的短缺。
有了无限的能源，我们就拥有了我们所需的所有水，因为我们可以淡化海水、挖掘非常深的井并将水输送到各大洲。有了无限的水，我们就拥有了我们所需的所有能源，因为我们可以建造广泛的水力发电厂或灌溉无限的能源作物。有了无限的能源和水，我们可以让沙漠开花，建造高产的室内农场，全年生产食物。
当然，我们并非生活在一个资源无限的世界中。我们生活在一个充满约束的世界中。随着人口增长、寿命延长和消费增加带来的压力上升，这些约束导致级联失败的可能性也在增加。
例如，米德湖位于拉斯维加斯郊外，由科罗拉多河供水，现在正处于历史最低水位。这座城市从相当于插入湖中的两根大吸管中取水饮用。如果水位持续下降，可能会低于这些吸管：下游的大型农业社区可能会变得干涸，而米德湖胡佛大坝内部巨大的水力发电机将提供更少的电力，甚至可能完全停止运转。拉斯维加斯的解决方案是花费近10亿美元建造第三根吸管，这将从水下进入湖泊。但这可能不会有多大作用。加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯海洋研究所的科学家发现，如果气候变化如预期，并且依赖科罗拉多河的城市和农场不减少用水量，米德湖可能会在2021年干涸。
在乌拉圭，政治家们必须面对关于如何利用水库中水的艰难决定。2008年，萨尔托格兰德大坝后面的乌拉圭河水位降至非常低的水平。该大坝的发电能力几乎与胡佛大坝相同，但由于当地人民希望储存水用于农业或市政用途，只有14台涡轮机中的3台在运转。沿河居民及其政治领导人被迫选择他们想要电力、食物还是饮用水。一个部门的约束引发了其他部门的约束。尽管对乌拉圭的威胁可能暂时缓解，但它在世界其他地方重演。同样，最近在遭受干旱的德克萨斯州和新墨西哥州的某些社区已经禁止或限制将水用于水力压裂法开采石油和天然气，以便将其节省下来用于农业。
我们消耗的水约80%用于农业——我们的食物。能源生产的近13%用于获取、清洁、输送、加热、冷却和处理我们的水。由天然气制成的化肥、由石油制成的杀虫剂以及运行拖拉机和收割机的柴油燃料都增加了生产食物所需的能源量。需要耗能制冷的食品工厂生产出用石化产品制成的塑料包装的商品，将食品从商店运回家中并烹饪它们还需要更多的能源。这种联系非常混乱，整个系统很容易受到任何部分的扰动。
技术解决方案
如果继续以同样的旧设计建造更多的发电厂和供水及处理设施，使用同样过时的方法种植农作物，以及在没有意识到这些行为彼此影响的情况下开采更多的石油和天然气，那将是愚蠢的。值得庆幸的是，有可能以可持续的方式整合所有这三项活动。
最明显的措施是减少浪费。在美国，25%或更多的食物被扔进了垃圾堆。由于我们在生产食物方面投入了大量的能源和水，减少浪费的比例可以同时节省几种资源。这可能意味着像减少食物份量和少吃肉一样简单，肉类的能源密集程度是谷物的四倍。我们还可以将丢弃的食物和农业废弃物（如粪便）放入厌氧消化池中，将其转化为天然气。这些金属球看起来像闪亮的泡泡。内部的微生物分解有机物，在此过程中产生甲烷。如果我们广泛实施这项技术——在家庭、杂货店和农场等中心地点——这将创造新的能源和收入来源，同时减少处理垃圾所需的能源和水。
废水是我们可能转化为资源的另一种副产品。在加利福尼亚州，圣地亚哥和圣克拉拉正在使用处理过的废水来灌溉土地。这种水甚至干净到可以饮用，如果州监管机构允许的话，这可以增加市政供水。
城市农场倡导者，如哥伦比亚大学的迪克森·德斯波米耶，设计了“垂直农场”，将建在玻璃摩天大楼内。例如，纽约市的人们每天产生十亿加仑的废水，该市花费巨额资金将其净化到足以倾倒入哈德逊河的程度。这些净化后的水可以用来灌溉垂直农场内的农作物，在减少农场对淡水需求的同时生产食物。从液态废物中提取的固体通常被焚烧，但相反，它们可以被焚烧以产生建筑物所需的电力，从而减少其能源需求。而且，由于新鲜食物将在许多消费者居住和工作的地方种植，因此运入食物所需的运输量将减少，从而可能节省能源和二氧化碳排放。
初创公司正试图利用废水和发电厂的二氧化碳在附近种植藻类。藻类吃掉气体和水，工人们收获这些植物作为动物饲料和生物燃料，同时通过去除水中的化合物和大气中的二氧化碳来解决斯莫利清单上的第四个优先事项——改善环境。
我们可以利用相同的二氧化碳来创造能源。我在奥斯汀德克萨斯大学的同事们设计了一个系统，其中将发电厂产生的废二氧化碳注入到地下深处的大型盐水矿床中。二氧化碳保持淹没状态，将其从大气中消除，并排出热甲烷，甲烷会上升到地面，在那里可以出售以获取能源。工业也可以利用这种热量。
明智的节约是同时节省不同资源的另一种方法。我们通过电灯开关和电源插座使用的水比通过水龙头和淋浴喷头使用的水更多，因为冷却看不见摸不着的发电厂需要大量的水。我们加热、处理和抽取水所用的能源也比照明所用的能源更多。关灯和电器可以节省大量的水，关水可以节省大量的能源。
我们还可以重新思考如何在不太可能的地方更好地利用能源和水来种植食物。在西南部沙漠的部分地区，浅层有丰富的微咸地下水。风能和太阳能也很丰富。这些能源给公用事业公司带来了挑战，因为太阳不在夜间照射，风也不间断地吹。但这种时间安排对于淡化水来说很好，因为干净的水很容易储存起来以供以后使用。海水淡化是能源密集型的，但微咸地下水的盐度远没有那么高。我们在德克萨斯大学奥斯汀分校的研究表明，间歇性风力发电用于从微咸地下水中制造清洁水时，比用于发电时更有经济价值。当然，处理后的水随后可以灌溉农作物。这就是对我们有利的联系。
同样的思路可以改进用于石油和天然气的水力压裂法。一个不幸的副作用是，从井中冒出的废气（主要是甲烷）被燃烧掉——排入空气中。燃烧非常大量，以至于晚上从太空都能看到。这些井还会产生大量脏水——数百万加仑注入井中用于压裂的淡水又带着盐和化学物质流出来。如果运营商足够聪明，他们可以使用甲烷为蒸馏器或其他热力机器提供动力来净化水，使其可以在现场重复使用，从而节省淡水，同时避免浪费能源和排放废气。
我们还可以更聪明地了解如何将水输送到家庭和企业。嵌入智能电网中的传感器有助于提高配电效率。但我们的供水系统比我们的电力系统笨得多。过时的、有百年历史的仪表通常无法准确记录用水量，专家表示，老旧的管道会泄漏流经管道的处理水量的10%到40%。在供水系统中嵌入无线数据传感器将为公用事业公司提供更多工具来减少泄漏——以及收入损失。智能用水还将帮助消费者管理他们的消费。
我们也可以做到智能食物。造成如此多食物浪费的一个原因是，杂货店、餐馆和消费者依赖于保质期，这只是对食物是否变质的粗略估计。即使食物的温度和状况管理得当，过了保质期，食物也不会被出售或食用，尽管它可能仍然完好。使用传感器直接评估食物会更智能。例如，我们可以在食品包装上使用特殊的墨水，如果它们暴露在错误的温度下或如果不需要的微生物开始在食物中生长，表明变质，这些墨水会改变颜色。我们可以在供应链上安装传感器，以测量腐烂的水果和蔬菜释放的微量气体。这些相同的传感器可以实现更严格的冷藏控制，从而最大限度地减少损失。
新的政策思维
尽管许多技术解决方案可以改善能源-水-食物联系，但我们通常没有利用它们，因为在意识形态和政治上，美国尚未完全掌握这些资源之间的相互关联性。政策制定者、企业主和工程师通常以孤立的方式处理一个又一个问题。
可悲的是，我们通过各个机构做出的政策、监督和资金决策加剧了问题。能源规划者认为他们将拥有所需的水。水资源规划者认为他们将拥有所需的能源。粮食规划者认识到干旱的风险，但他们的反应是更努力地抽水和更深地钻井取水。我们最需要的创新是对我们所有资源进行整体思考。
这种思维方式可以带来更明智的政策决策。例如，政策可以资助对节水型能源技术、节能型水技术以及防止损失同时减少能源和用水需求的粮食生产、储存和监测技术的研究。制定跨资源效率标准可以一石二鸟。建筑规范也可以成为减少浪费和提高性能的有力工具。新能源站点的许可应要求进行用水足迹评估，反之亦然。政策制定者可以为整合这些技术解决方案的机构设立循环贷款基金、直接资本投资或税收优惠。
一个令人鼓舞的迹象是来自33个国家的300名代表在北卡罗来纳州教堂山举行的“2014年联系：水、食物、气候和能源会议”上发表的声明。该声明不仅由政治代表撰写，也由来自世界银行和世界可持续发展商业委员会的与会者撰写，声明指出“世界是一个单一的复杂系统”，并且“应该寻求对整个系统有利的解决方案和政策干预”。
正如斯莫利指出的那样，能源可以成为驱动力。我们必须考虑利用我们的能源部门同时解决多重挑战。例如，专注于降低大气二氧化碳水平的政策可能会推动我们转向非常耗水的低碳电力选择，例如核电站或带有碳捕获技术的燃煤电厂。
个人责任也发挥着作用。对来自5000英里外、在冬季餐桌上享用的新鲜沙拉的需求创造了一个分布广泛、能源消耗巨大的食品分销系统。总的来说，我们对更多一切的个人选择只是将我们的资源推向极限。能源-水-食物联系是我们星球面临的最棘手的问题。引用现代水力压裂法之父、可持续发展倡导者已故的乔治·米切尔的话：“如果我们无法解决70亿人口的问题，我们又将如何解决90亿人口的问题呢？”