펄프(Pulp)나 제지 산업의 생산업체들은 캐나다 산업에 있어 가장 중요한 산업군이자 가장 많은 폐수(Wastewater)를 생산하는 산업군이기도 하다. 따라서 폐수에서 발생되는 온실가스 배출(Greenhouse Gas Emissions)을 측정하는 것은 이들 산업에게 매우 중요한 일이 되고 있다.

 

그러나 지금까지 온실가스 배출량을 추정하는 것은 이들을 예측하기 위해 사용되는 수학적 모델(Mathematical Model)에 의해 제한 받아왔다.

 

이에 최근 캐나다 몬트리올에 있는 컨커디어대학(Concordia University)의 연구진들은 이러한 온실가스 배출량을 기존보다 더욱 정확하게 예측할 수 있는 새로운 동적 모델(Dynamic Model)을 개발하였다.

 

Environmental Science and Pollution Research 저널에 발표된 이들의 연구 결과는 펄프 및 제지 산업뿐만 아니라 탄소 발자국(Carbon Footprint)을 저감하기 위해 노력하는 어떠한 산업에도 활용이 가능한 내용들이 포함되어 있다.

 

컨커디어 대학 건축토목환경공학과(Department of Building, Civil and Environmental Engineering)의 교수이자 이번 연구논문의 공동저자인 Laleh Yerushalmi는 “현재 사용되고 있는 정적 모델(Steady-state Models)은 전체적인 온실가스 배출을 예측하기에 유용하나 변화에 대응하기 힘들다. 이에 반해 동적 모델은 폐수 관리 시스템의 변화에 대응하여 온실가스 배출이 어떻게 영향을 받는지 추정할 수 있다. 따라서 정적 모델은 보다 정확하고 더 많은 정보를 제공한다”고 말한다.

 

이번 연구는 폐수 시스템에서 발생하는 실질적인 온실가스 배출값을 활용하여 정적 수학적 모델과 동적 수학적 모델을 비교하였다. 그 결과 두 모델 모두 전체 온실가스 배출에 대한 정확한 결과를 얻을 수 있었다. 그러나 정적 모델만이 다양한 환경 변화에 대응하여 온실 가스 배출 변화를 예측할 수 있었다. 또한 동적 모델은 에너지 소비나 발생과 같은 다른 산출량을 예측할 때에도 활용될 수 있다.

 

이번 논문의 공동 저자 중 한 명인 Fariborz Haghighat 교수는 “우리는 동적 모델을 활용하여 시간에 따른 폐수처리 설비의 특성을 더 잘 이해할 수 있게 되었다. 이러한 지식을 이용하여 온실가스 배출을 절감하면서 에너지 효율은 개선할 수 있는 전략을 제안할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

Yerushalmi 교수는 “이러한 모델은 초기 시스템 설계 단계나 변화가 포함된 개발 단계에 있는 특정 관리 시스템의 특성을 모사하기 위해 사용되고 있다. 우리는 가능한 가장 정확한 예측방법을 이용하고 싶어한다. 이에 동적 모델은 지금까지 가장 최상의 예측 모델이라 할 수 있다”고 설명하였다.

 

컨커디어 대학의 Omid Ashrafi , Laleh Yerushalmi, Fariborz Haghighat 교수 등은 Environmental Science and Pollution Research 저널에 발표된 이번 논문인 “Application of dynamic models to estimate greenhouse gas emission by wastewater treatment plants of the pulp and paper industry”을 작성하여 발표하였다.

 

 

 

Mar. 5, 2013 - Pulp and paper producers are among Canada's most important industries and also one of the largest producers of wastewater. Estimating the greenhouse gas emissions in this wastewater has become a priority for the industry.

 

Until now, greenhouse gas emission estimates have been limited by the mathematical models used to predict them. Researchers at Concordia University have recently developed a new dynamic method to better predict the emission content of these gases. Their findings, published in Environmental Science and Pollution Research, have implications not only for the pulp and paper industry, but also for any business wishing to reduce its carbon footprint.

 

"Currently used steady-state models are able to give an overall prediction but dynamic models can estimate the variation in greenhouse gas emissions in response to changes in the wastewater management system. Dynamic models are therefore more accurate and provide more information," says Laleh Yerushalmi, an adjunct professor at Concordia's Department of Building, Civil and Environmental Engineering and study co-author.

 

 

The study compared steady-state and dynamic mathematical modelling predictions with actual values of greenhouse gas emissions in wastewater systems. Both models gave accurate results of overall gas emissions. However, only the dynamic model was able to estimate changes in emissions in response to a changing environment. The dynamic model could also be used to predict other outputs, such as energy consumption and generation.

 

"With dynamic modeling, we can better understand the behaviour of the treatment plant over time," says senior author Fariborz Haghighat, professor in Concordia's Department of Building, Civil and Environmental Engineering and Concordia Research Chair in Energy and Environment. "With this knowledge, we can then recommend a strategy to reduce the emission of greenhouse gas and also improve energy efficiency."

 

"Models such as this are used to simulate the behaviour of a particular management system either in the early stages of system design or in later development to incorporate changes," adds Yerushalmi. "We want to make sure that we use the most accurate method possible and the dynamic model is best predictor yet."

 

"Application of dynamic models to estimate greenhouse gas emission by wastewater treatment plants of the pulp and paper industry" was authored by Omid Ashrafi, Laleh Yerushalmi and Fariborz Haghighat of Concordia University.