글로벌물산업정보센터

[해외조사보고서] "산불현장 신속한 복구, 해답은 ‘물’에 있다"

미국 퍼듀대학 윌튼 교수팀, 미국 산불 재해현장 다니면서 물 샘플 채취 분석

열분해된 플라스틱 파이프도 화학물질을 식수로 침출시킬 수 있다는 증거 발견

“수계 오염 시스템 빨리 제거할수록 지역사회는 경제적으로 더 빨리 회복 가능”

앤드류 웰튼(Andrew Whelton) 퍼듀대학교 토목 공학 및 환경·생태 공학 교수 [사진출처 = Purdue University]

산불 재해가 잦아질수록 지역사회가 각 재해를 복구하고 대처 하는 시간은 줄어들 수 있지만 산불 이후 마을의 물이 안전하게 공급되려면 몇 달이 걸릴 수 있다.

이것이 바로 앤드류 웰튼(Andrew Whelton) 퍼듀대학교 토목 공학 및 환경·생태 공학 교수가 지난 4년 동안 산불 현장에 모습을 드러내고 있는 이유다. 웰튼의 연구팀은 쿨러에 차가운 음료들을 운반하는 대신 각각의 물 샘플을 채워 넣기 시작하고 있다.

이 샘플들을 사용해 웰튼은 지역사회의 물 시스템을 복원하는 최선의 방법을 안내한다.

웰튼 교수는 "급수 시스템의 오염을 더 빨리 제거할수록 지역사회가 경제적으로 더 빨리 회복할 수 있다"고 말했다.

그와 그의 학생들은 수백 개의 물 샘플이 가득 담긴 쿨러를 퍼듀대학교에 있는 그들의 연구소로 다시 보내고 그곳에서 그들은 미래에 지역사회를 위한 광범위한 물 오염을 막기 위한 방법을 계속 연구한다.

웰튼 교수의 산불 현장 방문은 그가 캘리포니아 역사상 가장 치명적이고 파괴적인 산불의 여파로 캘리포니아를 세 번 방문했던 2018년에 시작되었다. 불과 1년 전, 그는 캘리포니아의 튭스 산불(Tubbs Fire)로 인한 수질 오염을 다루는 단체들에게 멀리서 지도를 제공하기도 했다.

웰튼 교수가 이 두 개의 산불을 도운 이후 발표한 연구는 다른 재난 대응 단체들의 관심을 끌었으며, 현재 웰튼은 정기적으로 수도 시스템을 오염시키는 최선의 방법에 대해 그에게 조언을 요청하고 있다.

쿨러를 이용한 여행은 앞으로 몇 년 동안 더 자주 하게 될 것이다. 화재 시즌이 길어지고 있고, 미국 서부는 지난 몇 년 동안 산불 재난의 수가 증가하고 있다.

웰튼 교수는 "일반적으로 산불 피해를 입은 마을에 도착하면 도움을 줄 수 있는 많은 사람들이 있지만, 그들은 어떤 질문을 해야 하는지, 어떻게 대답해야 하는지에 대한 전문 지식이나 직접적인 이해를 하지 못할 수도 있다"면서 "우리는 그들을 똑바로 세우고 그들이 길을 찾을 수 있는 방향을 알려준다"고 말했다.

환경생태공학 대학원생 캐롤라인 얀코스키(왼쪽)와 콜로라도 볼더대 박사후 연구원이자 환경생태공학 졸업생인 크리스찬 레이(Christian Ley)가 콜로라도의 마셜 파이어에서 채취한 물 샘플을 테스트하고 있다. [사진출처 = Purdue University]

복구작업의 가속화

(Speeding up recovery efforts)

웰턴 교수는 지난 1월 콜로라도의 마셜 화재 현장에 두 번 방문했다. 화재는 6천 에이커 이상을 태우고 약 1천 채의 집을 파괴했습니다. 회오리바람이 불어닥치고 해당 지역의 피해 정찰 및 수질 검사가 진행되는 가운데 웰턴 교수는 위안이 되는 깨달음을 얻었다. 해당 지역의 복구 노력을 지원하는 다양한 그룹이 이미 지난 2년 이내에 발간된 그의 연구 결과를 사용하고 있다는 것이다.

웰턴 교수 팀이 캘리포니아의 튭스 산불 및 모닥불에서 분석한 데이터를 기반으로 한 이러한 발견은 모든 현대 가정과 건물을 관통하는 플라스틱 파이프에 대한 산불의 영향을 이해하기 위한 획기적인 발견이었다.

이러한 발견 이전에 연구는 주로 고온의 산불이 플라스틱을 분해해 화학 물질을 공기 중으로 방출하는 방법에 중점을 두었다. 그러나 웰턴과 그의 학생들은 열분해 플라스틱 파이프가 화학 물질을 식수로 침출할 수 있다는 증거를 발견했다. 휘발성 유기 화합물(VOC)이라고 하는 이러한 화학 물질은 종종 유독하지만 색이나 냄새로 쉽게 감지되지 않는다.

웰턴 교수는 학생 및 공동 작업자와 함께 캘리포니아, 오리건 및 콜로라도의 유틸리티에서 식수 오염에 대한 정보를 수집하고 교차 검증한다. 튭스 산불 이후 이들 주의 연구실은 산불 이후 식수에서 발견될 수 있는 60개 이상의 VOC를 확인했다. 웰턴과 다른 퍼듀대 교수진은 마셜 산불의 물 샘플을 사용하여 VOC 수질 오염과 화재로 손상된 플라스틱 간의 관계를 계속 조사하고 있다.

개인 관정은 특히 산불로 인한 오염에 취약하다. 웰턴 교수의 연구팀은 지난 1월에 콜로라도 루이빌 지역에 있는 관정에 대한 무료 수질 테스트를 수행하면서 일주일을 보냈다. 사진은 퍼듀대학교 환경·생태 공학 대학원생인 크리스토퍼 아이작슨(Kristofer Isaacson). [사진출처 = Purdue University]

이러한 연구가 진행 중이지만, 이 연구 결과는 재난 대응 그룹이 식수를 사용하기에 안전한 것으로 간주하기 전에 이러한 VOC에 대해 수계를 테스트해야 함을 이미 분명히 했다. 2월에 발표된 캘리포니아 공중보건국의 연구에서도 이러한 결과를 뒷받침했다.

웰턴 교수는 "저는 콜로라도에서 회의에 참석했는데 튭스 산불 발생한 지 5년이 지난 지금 우리가 VOC 수질 오염에 대해 일반적인 것처럼 이야기하고 있다는 것이 믿기지 않았다"면서 "콜로라도 역사상 가장 파괴적인 산불이 났고 주 및 환경보호청, 관계기관이 이러한 VOC를 테스트하는 것으로 알고 있다. 그리고 그들은 답을 찾았다”고 말했다.

계획없이 답 찾기 - 계획 만들기

(Looking for answers without a playbook – then creating the playbook)

현재 퍼듀대학교의 새로운 기후, 환경, 식품 및 지속가능성에 대한 연구소의 일원이 된 윌튼 및 다른 교수들은 그들의 전문 지식을 전국 및 전 세계의 다양한 환경에 적용하는 데 익숙하다.

웰튼 교수는 지난 1월 콜로라도의 복구 노력을 지원하는 동시에 지난 11월 하와이에서 유출된 연료를 청소하는 데 남아있는 문제를 해결하는 그룹에 동시에 지침을 제공했다.

이런 과정을 통해 웰턴 교수가 자신의 연구를 통해 답하기를 희망하는 더 풍부한 질문들이 생긴다. 마셜 산불의 경우처럼 도시에서 처리된 물이 고갈되어 호수 물을 사용해야 하는 경우 추가 건강 위험은 무엇인지, 하와이와 같이 연료로 오염된 물에서 찾아야 할 모든 화학 물질은 무엇이며 화학 물질이 물에 얼마나 오래 남아 있는지 등이다.

웰턴 교수는 수질 오염의 과학에 대해 이해하기 위해 지속적으로 노력하고 있다. 연구를 통해 그는 산불이 식수를 오염시키는 것을 방지하고 가정에 물 안전 문제를 더 잘 알리기 위해 건축 법규를 개선하는 방법과 같은 기반 시설 및 공중 보건 권장 사항을 만들었다.

재난에는 동일한 프로토콜이 적용되지 않지만 웰턴 교수는 자신과 다른 사람들이 수질 오염을 해결하기 위해 작성한 '플레이북'으로 배관 안전 센터의 웹 페이지를 지속적으로 업데이트하고 있다다. 퍼듀대가 이끄는 이 센터의 아이디어는 다른 대학 및 업계 파트너와 협력하여 공중 보건 그룹에 이전 재해에서 배운 교훈을 더 나은 출발점으로 제공하는 것이다.

다가올 재난의 근본적인 문제

(Underlying problems for disasters to come)

재난의 유형에 관계없이 웰턴 교수는 공통적인 문제점을 발견했다.

그는 “엔지니어와 과학자들은 재난 유형의 상황인 미지의 영역에서 작동할 수 있도록 준비하는 교육을 받지 못하고 있다”면서 “재해는 정의가 불분명한 것을 찾고 이에 대해 무엇을 해야 하는지 알아내야 한다. 즉, 규정되지 않은 방식으로 생각해야 한다”고 말했다.

지난 가을, 웰턴 교수는 이러한 목적을 위해 퍼듀대에서 재난 및 비상 사태 수업을 가르치기 시작했다. 이 과정을 통해 학생들은 비판적 사고 전략과 다양한 공중 보건 및 환경 기관과 상호 작용하는 방법을 배운다.

웰턴 교수는 "내가 집중하고 있는 것은 엔지니어와 과학자들이 훌륭한 연습 엔지니어와 과학자가 되도록 돕는 것뿐만 아니라 세상을 완전히 뒤집어 놓을 무언가에 직면했을 때 건강 위험을 체계적으로 평가하도록 그들을 훈련시키는 것"이라고 말했다.

[원문보기]

Answers to faster recovery from a wildfire are in the water

The more frequent wildfire disasters become, the less time communities will have to recover from each catastrophe. But it can take months for a town’s water to be safe to drink again after a wildfire.

That’s why Andrew Whelton, a Purdue University professor of civil engineering and environmental and ecological engineering, has been regularly showing up to wildfires with his students and dozens of coolers for the past four years. The scene of people and coolers gathered outside of a post office probably looks like a misplaced tailgate party, but instead of hauling around cold drinks, Whelton’s team is setting out to fill up each cooler with water samples.

Using these samples, Whelton guides a community on the best way to restore its water systems.

“The faster we can decontaminate water systems, the faster communities can recover economically,” Whelton said.

He and his students ship their coolers full of several-hundred water samples back to their lab at Purdue, where they continue researching ways to prevent widespread water contamination for communities in the future.

Whelton’s wildfire trips began in 2018, when he visited California three times in the aftermath of Camp Fire, the deadliest and most destructive wildfire in the state’s history. Just the year before, he had also provided guidance from afar to groups dealing with water contamination from California’s Tubbs Fire.

The studies Whelton has published since assisting with these two wildfires have attracted the attention of other disaster response groups, which now routinely call on him for input on the best way to decontaminate a water system. When he gets these calls, Whelton rounds up some students and hops on a plane.

These trips with coolers could get more frequent in the years to come. Fire seasons have been getting longer, and the Western U.S. has experienced an increasing number of wildfire disasters over the past few years.

“Generally, when we get to a town that has been impacted by a wildfire, there are a bunch of people who can help, but they may not have the expertise or firsthand understanding of what questions they need to ask or how to answer those questions,” Whelton said. “We square them up and point them in a direction where they can find their way.”

Speeding up recovery efforts

Whelton flew to the site of Colorado’s Marshall Fire twice in January. The fire had burned over 6,000 acres, destroying almost 1,000 homes. Amid a whirlwind of meetings, damage reconnaissance and water testing in the area, Whelton had a comforting realization: Various groups assisting the area’s recovery effort were already using findings from his studies published just within the last two years.

These findings, based on data Whelton’s team had analyzed from California’s Tubbs Fire and Camp Fire, were milestone discoveries for understanding the impact of wildfires on plastic pipes, which run through every modern home and building.

Prior to these discoveries, studies had primarily focused on how the high temperatures of wildfires degrade plastic, causing it to release chemicals into the air. But Whelton and his students found evidence suggesting that heat-degraded plastic pipes also can leach chemicals into drinking water. These chemicals, called volatile organic compounds (VOCs), are often toxic but not easily detected by color or odor.

Together with his students and collaborators, Whelton compiles and cross-checks information on drinking water contamination from utilities in California, Oregon and Colorado. Since the Tubbs Fire, labs from these states have identified more than 60 VOCs that can be found in drinking water after a wildfire. Whelton and other Purdue faculty are continuing to investigate the relationship between VOC water contamination and fire-damaged plastics using water samples from the Marshall Fire.

Even though these studies are ongoing, the findings have already made it clear that disaster response groups need to test water systems for these VOCs before deeming drinking water safe to use. A study conducted by the California Department of Public Health, published in February, also found evidence in support of these findings.

“I was at a meeting in Colorado, and I could not believe that five years after the Tubbs Fire, we were talking about VOC water contamination like it was common,” Whelton said. “Here we are, at the most destructive wildfire in Colorado’s history, and the state, the Environmental Protection Agency and others know to test for these VOCs. And then they found them.”

Looking for answers without a playbook – then creating the playbook

Whelton and other faculty affiliated with Purdue’s Center for the Environment, currently transitioning to be part of Purdue’s new institute for climate, environment, food and sustainability, are accustomed to applying their expertise to a range of circumstances around the country and across the world.

For Whelton, this means getting calls to help at the sites of other disasters in addition to wildfires. While assisting Colorado’s recovery effort in January, he simultaneously provided guidance to groups addressing lingering problems with cleaning up a fuel spill in November in Hawaii.

Each of these visits results in a richer collection of questions that Whelton hopes to answer with his research. When a city runs out of treated water and needs to resort to using lake water, as was the case for the Marshall Fire, what are the additional health risks? What are all the chemicals to look for in water contaminated by fuel, such as in Hawaii, and how long do the chemicals remain in the water?

Whelton doesn’t stop at understanding the science of water contamination. Through his studies, he has also made infrastructure and public health recommendations, such as how to improve building codes to prevent wildfires from polluting drinking water and better inform households of water safety issues.

Even though no disaster has the same protocol, Whelton constantly updates the webpage of the Center for Plumbing Safety with “playbooks” that he and others have written for addressing water contamination. The idea of the center, led by Purdue, is to work with other university and industry partners to give public health groups a better starting place on lessons learned from previous disasters.

Underlying problems for disasters to come

No matter the type of disaster, Whelton has noticed a common issue.

“Engineers and scientists are not receiving an education that prepares them to operate in the unknown, which is a disaster-type situation,” he said. “Disasters require you to look for things that are ill-defined and figure out what to do about them. This means you have to think in a way that is not prescribed.”

Last fall, Whelton began teaching a disasters and emergencies class at Purdue specifically for this purpose. Through this course, students learn critical thinking strategies and how to interact with various public health and environmental agencies.

“What I’m focused on doing is not only helping engineers and scientists to become good practicing engineers and scientists, but also training them to methodically evaluate health risks when confronted with something that really flips the world upside down,” Whelton said.

[출처 = Purdue University(Answers to faster recovery from a wildfire are in the water - Purdue University News) / 2022년 3월 15일]