Klimatförändringar och social ojämlikhet är två angelägna frågor som ofta överlappar varandra. En ny studie ledd av Princeton-forskare erbjuder en färdplan för städer att ta itu med ojämlikheter i energianvändning genom att tillhandahålla finkorniga metoder för att mäta både inkomst och rasskillnader i energianvändningsintensitet. Energianvändningsintensitet, mängden energi som används per enhet golvarea, används ofta som en proxy för att bedöma effektiviteten hos byggnader och de uppgraderingar de får över tid. Arbetet skulle kunna vägleda en rättvis fördelning av rabatter och andra åtgärder som minskar energikostnaderna och ökar effektiviteten.

Att undersöka ojämlikhet i städer har försvårats av bristen på energianvändningsdata i fina rumsliga skalor inom städer. Tills nu, bara Los Angeles har kunnat använda ett datadrivet tillvägagångssätt för att belysa var ojämlikheter i energianvändningen finns, fokuserar specifikt på effekten av inkomstskillnader. Men enligt nya resultat rapporterade i Proceedings of the National Academy of Sciences , att verkligen förstå och helt ta itu med ojämlikhet i energianvändning, städer måste ta ett ännu mer nyanserat tillvägagångssätt – ett som tar bort rasrelaterade skillnader i inkomst. Som författarna rapporterar, om man enbart granskar frågan ur inkomstperspektivet riskerar man att missa betydande rasrelaterade ojämlikheter som finns bortom inkomsteffekter.

"Ofta, i diskussioner om social rättvisa, folk frågar ibland, 'Åh, hur vet du att det är en raseffekt och inte "bara" en inkomsteffekt?" sa medförfattaren Anu Ramaswami, en professor i civil- och miljöteknik och High Meadows Environmental Institute vid Princeton University. "Detta papper visar dig faktiskt data, att det finns en strukturellt kopplad inkomst-raseffekt, och en ytterligare raseffekt även inom samma inkomstgrupp."

Ramaswami och hennes kollegor kom fram till sina resultat genom att studera två städer, Tallahassee, Florida, och St. Paul, Minnesota. Resultaten visade att vid utvärdering av den årliga energianvändningen, bostäder i de lägsta inkomstkvarteren använde i genomsnitt 25-60% högre energianvändning per kvadratfot jämfört med de högsta inkomstkvarteren. Vad som var mer överraskande var att inom inkomstgrupperna, övervägande icke-vita kvarter hade högre energianvändningsintensitet jämfört med övervägande vita kvarter.

"Vi blev slagna när vi först såg dessa mönster, sa Ramaswami, som också är Princetons Sanjay Swani '87 professor i Indienstudier och chef för Chadha Center for Global India.

Resultaten var ännu skarpare med tanke på säsongsbetonad energianvändning sommar och vinter. Med fokus på säsongens energianvändningsintensitet, studien avslöjade skillnader i inkomst, och skillnader efter ras inom den lägsta inkomstgruppen, som kan vara mer än 150 %, som är fem gånger större än skillnaden på 25 % som tidigare känts till i amerikanska städer, baserat på den begränsade datatillgängligheten i tidigare studier. Studien fann att hushåll i låginkomstiga icke-vita stadsdelar rapporterar högre energianvändningsintensitet, reflekterar lägre energieffektivitet i byggnaderna, samt lägre deltagande i rabattprogram.

Metoden hon och hennes kollegor utvecklade kan tillämpas i andra städer och allmännyttiga sektorer (mobilitet, vatten, etc.) och är nu tillgänglig för adoption av städer som är intresserade av att ta itu med rasmässiga ojämlikheter. "Vi tror inte att det bara är dessa två städer, "Sa Ramaswami. "Dessa effekter händer förmodligen överallt."

Ojämlikheter kring inkomst och ras i USA tenderar att blandas ihop eftersom låginkomstsamhällen ofta har högre icke-vita befolkningar, medan områden med högre inkomster tenderar att vara övervägande vita. För att reda ut dessa variabler, Ramaswami och hennes medförfattare arbetade med stadens tjänstemän och elbolag för att få detaljerad energianvändningsdata.

"En del av problemet är att ras och inkomst är så sammanflätade, du behöver finskalig data för att faktiskt ta upp ojämlikhet, " sa Ramaswami. "Typiskt, städer får energianvändningsdata på postnummernivå, vilket är väldigt grovt, men vi fick data på nivån för folkräkningsblock genom ett unikt samarbete med våra partnerstäder och verktyg, som är engagerade i att förstå grundläggande ojämlikheter i sina grannskap."

Totalt, forskarna erhöll anonymiserade och aggregerade data från verktyg som täcker alla 90, 000 hushåll i Tallahassee, och alla 110, 000 i St. Paul. De dividerade hushållens totala energianvändning i en stadsdel med den totala ytan av bostäderna för att beräkna den genomsnittliga energianvändningsintensiteten för det området. De jämförde sedan energianvändningsintensiteten mellan olika grannskapsgrupper uppdelade i fem inkomstklasser, och vidare av kvarterens rassammansättning inom varje inkomstklass.

Resultaten avslöjade ett antal överraskningar. I St. Paul, till exempel, den lägsta inkomstgruppen hade en 27 % högre årlig energianvändningsintensitet (användning per kvadratfot) jämfört med den högsta inkomstgruppen. St Pauls resultat är jämförbart med skillnaden på 25 % i inkomst i Los Angeles. Dock, Tallahassees skillnad i årlig elanvändningsintensitet efter inkomst visade sig vara mer än dubbelt så hög, 66 %. Vidare, när forskarna ytterligare delade upp inkomstgrupperna efter rassammansättning av folkräkningsblockgrupperna, de fann betydande ytterligare skillnader efter ras även inom samma inkomstgrupper. Till exempel, i St. Paul, de fattigaste, övervägande icke-vita, kvarteren hade en 40 % högre energianvändningsintensitet jämfört med de fattigaste, övervägande vita kvarteren. Sådan rasskillnad sågs inom alla inkomstklasser utom för de allra rikaste blockgrupperna, som var majoritet vita till att börja med.

När teamet tittade närmare på säsongsbetonad energianvändning — d.v.s. energi som används för uppvärmning och kylning på vintern och sommaren – de fann en skillnad på upp till 167 % i elanvändningsintensitet mellan hushållen med lägst och högst inkomst i St. Paul, med de lägst intjänande hushållen som överstiger energibördan. I Tallahassee, säsongsbetonad energianvändning visade stora rasskillnader inom den lägsta inkomstgruppen av storleksordningen 156 %.

"Såvitt jag vet, detta är den första studien som visar ojämlikheter i energianvändning i städer efter ras, och för att visa att det skiljer sig från ojämlikhet i energianvändning efter inkomst, " säger Karen Seto, Frederick C. Hixon professor i geografi och urbaniseringsvetenskap vid Yale University, som inte var involverad i forskningen. "Studien bekräftar andra studier som visar betydande ojämlikheter i staden" både vad gäller ras och inkomst, Hon sa, "oavsett om det är exponering för värme eller grönområden."

Forskarna undersökte också hushållens deltagande i flera typer av rabattprogram utformade för att öka energianvändningens effektivitet och minska kostnaderna. De fann att hem i rikare övervägande vita stadsdelar var mer benägna att delta i rabattprogram, medan fattigare övervägande icke-vita tenderade att glida mellan stolarna.

"Att synliggöra den här typen av data är till hjälp för att få människor att förstå att infrastrukturrelaterade rasskillnader inte bara är något abstrakt – det är verkligt och du kan se det i data, " sa Ramaswami. "Vi säger alla att vi vill ha social rättvisa, men för att komma till det, det hjälper att vara kvantitativ."

Ramaswami och hennes kollegor hoppas att städer över hela landet anammar sin metod för att bättre förstå sin egen energikapitaldynamik. De arbetar redan med tjänstemän i Austin, Texas, att tillämpa detta nya tillvägagångssätt.

I sista hand, de hoppas också kunna följa upp sina resultat för att fastställa vad som faktiskt driver skillnaderna i energianvändningsintensitet och rabattdeltagande, så städer kan använda den informationen för att ytterligare minska klyftan när det gäller ojämlikheter.

"The new understanding gained from this study is already quite a lot, " said Kangkang Tong, first author of the study and a postdoctoral researcher in civil and environmental engineering at Princeton University. "But it will take another several studies to really understand the reasons behind our findings, to help communities improve their energy use efficiency."

The study also addresses fundamental questions about the geographical scale researchers can use to measure social inequality in urban areas. The researchers found that choosing to study social inequality across city blocks as the unit of analysis provides different results than studying inequality across larger block groups or even larger census tracts. This is part of a fundamental question that scholars from many disciplines—including geography, folkhälsan, datavetenskap, matematik, and political science—are grappling with, called the modifiable areal unit problem. The problem is that measures of dispersion and inequality change as the spatial unit area of observation is modified—whether it is a city block, block group, census tract, or zip code. Ramaswami said the PNAS paper is the first to characterize the modifiable areal unit problem for the issue of energy use inequality in cities by exploring multiple metrics for energy use inequality across a range of scales. These findings are highly policy relevant because it means measuring disparity ratios from data aggregated at the block-level could give very different results from computing them from block-group or census tract-level data.

"This is also another area for further research, wherein policy-relevant questions can trigger fundamental scientific discoveries." Tong said.