[논문]산림바이오매스 부존 잠재량 및 임목생장량 분석을 통한 미이용 산림바이오매스 활용 국내산 Wood pellet 생산 가능량 예측 연구

김상선; 이봉희

doi:10.12925/jkocs.2018.35.1.247

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산림바이오매스 부존 잠재량 및 임목생장량 분석을 통한 미이용 산림바이오매스 활용 국내산 Wood pellet 생산 가능량 예측 연구

Estimation of the production potential of domestic wood pellets using unused forest biomass by analyzing the potential volume of forest biomass and the growth of forest trees

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science v.35 no.1 , 2018년, pp.247 - 253

김상선 (충북대학교 화학공학과 ) ; 이봉희 ( 충북대학교 화학공학과)

초록

용어
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본 연구에서는 수입되는 바이오매스를 대체하고 증가하는 국내 RPS의무비율을 보다 효과적으로 대응하기 위해 우드펠릿으로 사용가능한 국내 산림바이오매스 부존자원을 파악하기 위하여 선행연구 방법과 매년 추가로 성장하는 임목생장률을 기준으로 미이용 산림바이오매스의 양을 산정하였다. 그 결과, 임목가공 중 발생하는 부산물 중 20%를 우드펠릿 원료로 사용한다고 가정했을 경우 두 가지 추정 방법으로 도출된 평균값을 기준으로 우드펠릿 생산 가능량을 예측 하였다. 그 결과 미이용 부산물은 2016년 199만 톤, 2020년 228만 톤, 2030년 308만 톤이 발생되고 원목가공 과정에서 발생되는 임목부산물(피죽, 톱밥 등) 중 20%가 우드펠릿 원료로 활용될 경우 2016년 258만 톤/년, 2020년 295만 톤/년 2030년 398만 톤/년의 원재료가 추가되어 미이용 부산물과 원목가공 과정 중 발생되는 부산물로 생산 가능한 우드펠릿 양은 2016년에 274만 톤/년, 2020년 314만 톤/년 2030년 423만 톤/년의 우드펠릿이 생산 가능하다는 결과를 도출 하였다.

Abstract

To replace the imported biomass and to effectively cope with growing RPS(Renewable Portfolio Standard) in power sector, the domestic forest biomass resources for wood pellets were estimated from the preceding research and annual growth rate of forest trees in this study. Assuming that 20% of the by-product from forest trees processing were used as raw material for wood pellet and the wood pellet production capacity was based on the average value derived from the above two methods, unused by-product and residues generated 1.99million tons in 2016, 2.28million tons in 2020 and 3.08million tons in 2030. If 20% of by-products(pebbles, sawdust, etc.) from roundwood processing were used as raw material for wood pellets, the wood pellet could be produced 2.74million tons/year in 2016, 2.95million tons/year in 2020, 3.98million tons/year in 2030. Therefore, total amounts of wood pellet would be increased to 2.74million tons/year in 2016, 3.14million tons/year in 2020, 4.23million tons/year in 2030 when it considered unused by-product and residues from wood processing as raw materials.

주제어

#바이오매스 #우드펠릿 #산림바이오매스 #임목생장율 #임목부산물

본문요약
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가설 설정

또한1), 2)에서 도출된 산림바이오매스 연료량에 원목 가공 후 남는 부산물이 실제 현업에서 경제적 가치가 부족하여 우드펠릿 원료보다 현저하게 낮은 가격에 거래되는 시장상황을 반영하여 실제 원목 가공공정에서 발생되는 30~50%의 부산물인 피죽과 톱밥 중 원목대비 10%, 20%가 우드펠릿 원료로 활용된다는 가정을 전제로 하였다.

85%씩 성장하는 것으로 가정하였다. 또한1), 2)에서 도출된 산림바이오매스 연료량에 원목 가공 후 남는 부산물이 실제 현업에서 경제적 가치가 부족하여 우드펠릿 원료보다 현저하게 낮은 가격에 거래되는 시장상황을 반영하여 실제 원목 가공공정에서 발생되는 30~50%의 부산물인 피죽과 톱밥 중 원목대비 10%, 20%가 우드펠릿 원료로 활용된다는 가정을 전제로 하였다. 이는 NIFoS(2013)[10], COFORD(2016)[11]에서 제시된 우드펠릿의 품질에도 적합하며 제조원가를 낮출 수 있는 방법이기도 하다.
생장율과 벌채량의 경우 과거 실적의 평균 수준으로 향후에도 국내 산림바이오매스는 성장하고 벌채되며, 평균생장율(B) - 평균 별목율이 실질적인 임목생장율로 매년 2.85%씩 성장하는 것으로 가정하였다.

생장율과 벌채량의 경우 과거 실적의 평균 수준으로 향후에도 국내 산림바이오매스는 성장하고 벌채되며, 평균생장율(B) - 평균 별목율이 실질적인 임목생장율로 매년 2.85%씩 성장하는 것으로 가정하였다. 또한1), 2)에서 도출된 산림바이오매스 연료량에 원목 가공 후 남는 부산물이 실제 현업에서 경제적 가치가 부족하여 우드펠릿 원료보다 현저하게 낮은 가격에 거래되는 시장상황을 반영하여 실제 원목 가공공정에서 발생되는 30~50%의 부산물인 피죽과 톱밥 중 원목대비 10%, 20%가 우드펠릿 원료로 활용된다는 가정을 전제로 하였다.

제안 방법

또한, 2006년부터 2015년까지의 임목축적량을 기준으로 매년 증가하는 임목축적량 10년 평균을 적용하여 자연적으로 성장하여 축적되는 임목을 과거 10년(2006-2015년) 평균 벌채비율 만큼 벌목한다는 가정에 벌목 시 수집되지 않는 미이용 산림바이오매스 비율을 적용하여 수집가능한 양을 산정하였으며, 수집된 산림바이오매스는 원목으로 가정하고 원목 수확량 대비 임목부산물을 역산하는 방식으로 미이용 산림바이오매스 잠재량을 추정하였다.

이에 본 연구에서는 선행연구 NIFoS(2014)의 수집율을 기준으로 미이용 산림바이오매스 비율을 적용하고, 2006년 부터 2015년까지 증가하는 임목축적량을 10년 평균하여 매년 증가하는 임목축적량을 계산, 미이용 산림바이오매스 양을 산정하였으며 이를 원료로 활용할 경우 생산 가능한 우드펠릿 양을 산정하였다. 또한, 2006년부터 2015년까지의 임목축적량을 기준으로 매년 증가하는 임목축적량 10년 평균을 적용하여 자연적으로 성장하여 축적되는 임목을 과거 10년(2006-2015년) 평균 벌채비율 만큼 벌목한다는 가정에 벌목 시 수집되지 않는 미이용 산림바이오매스 비율을 적용하여 수집가능한 양을 산정하였으며, 수집된 산림바이오매스는 원목으로 가정하고 원목 수확량 대비 임목부산물을 역산하는 방식으로 미이용 산림바이오매스 잠재량을 추정하였다.
이에 미이용 산림바이오매스 자원의 효율적 사용을 위한 연구 필요성을 인식하여 우드펠릿 원료로 사용가능한 미이용 산림바이오매스 부존자원을 파악하기 위하여 선행연구 NIFoS(2014) “Korea's forest biomass resource amount and Map”[9]에서 제시된 잠재량 분석 방법과 매년 자연적으로 성장하는 임목생장률을 기준으로 총 임목 축적량에는 변함이 없으면서 우드펠릿 원료로 사용될 수 있는 미이용 산림바이오매스의 양을 산정하고 임목가공 중 발생하는 부산물 중 20%를 우드펠릿 원료로 사용한다고 가정했을 때 국내에서 생산 가능한 우드펠릿 양을 연구하였다.

이에 미이용 산림바이오매스 자원의 효율적 사용을 위한 연구 필요성을 인식하여 우드펠릿 원료로 사용가능한 미이용 산림바이오매스 부존자원을 파악하기 위하여 선행연구 NIFoS(2014) “Korea's forest biomass resource amount and Map”[9]에서 제시된 잠재량 분석 방법과 매년 자연적으로 성장하는 임목생장률을 기준으로 총 임목 축적량에는 변함이 없으면서 우드펠릿 원료로 사용될 수 있는 미이용 산림바이오매스의 양을 산정하고 임목가공 중 발생하는 부산물 중 20%를 우드펠릿 원료로 사용한다고 가정했을 때 국내에서 생산 가능한 우드펠릿 양을 연구하였다.
이에 본 연구에서는 선행연구 NIFoS(2014)의 수집율을 기준으로 미이용 산림바이오매스 비율을 적용하고, 2006년 부터 2015년까지 증가하는 임목축적량을 10년 평균하여 매년 증가하는 임목축적량을 계산, 미이용 산림바이오매스 양을 산정하였으며 이를 원료로 활용할 경우 생산 가능한 우드펠릿 양을 산정하였다.

이에 본 연구에서는 선행연구 NIFoS(2014)의 수집율을 기준으로 미이용 산림바이오매스 비율을 적용하고, 2006년 부터 2015년까지 증가하는 임목축적량을 10년 평균하여 매년 증가하는 임목축적량을 계산, 미이용 산림바이오매스 양을 산정하였으며 이를 원료로 활용할 경우 생산 가능한 우드펠릿 양을 산정하였다. 또한, 2006년부터 2015년까지의 임목축적량을 기준으로 매년 증가하는 임목축적량 10년 평균을 적용하여 자연적으로 성장하여 축적되는 임목을 과거 10년(2006-2015년) 평균 벌채비율 만큼 벌목한다는 가정에 벌목 시 수집되지 않는 미이용 산림바이오매스 비율을 적용하여 수집가능한 양을 산정하였으며, 수집된 산림바이오매스는 원목으로 가정하고 원목 수확량 대비 임목부산물을 역산하는 방식으로 미이용 산림바이오매스 잠재량을 추정하였다.

성능/효과

1) Fig 1.에서는 2011부터 2015년까지 5년동안 평균 벌채량 930만㎥ 중 54%인 504만㎥가 수집·활용되고 있음을 보여주고 있다.

1) Fig 1.에서는 2011부터 2015년까지 5년동안 평균 벌채량 930만㎥ 중 54%인 504만㎥가 수집·활용되고 있음을 보여주고 있다.
1), 2) 분석방법의 평균값을 기준으로 미이용 산림바이오매스 부산물은 2016년 199만 톤, 2020년 228만 톤, 2030년 308만 톤으로 전망되며, 원목 가공과정 중 발생되는 부산물(피죽, 톱밥 등) 중 20%가 우드펠릿 원료로 활용될 경우 2016년 258만 톤, 2020년 295만 톤, 2030년 398만 톤의 원재료가 추가되어 미이용 부산물과 원목가공 과정 중 발생되는 부산물 중 20%를 우드펠릿 원료로 활용할 경우 생산 가능한 우드펠릿은 2016년에 274만 톤, 2020년 314만 톤, 2030년 423만 톤의 우드펠릿이 생산 가능하다.

1), 2) 분석방법의 평균값을 기준으로 미이용 산림바이오매스 부산물은 2016년 199만 톤, 2020년 228만 톤, 2030년 308만 톤으로 전망되며, 원목 가공과정 중 발생되는 부산물(피죽, 톱밥 등) 중 20%가 우드펠릿 원료로 활용될 경우 2016년 258만 톤, 2020년 295만 톤, 2030년 398만 톤의 원재료가 추가되어 미이용 부산물과 원목가공 과정 중 발생되는 부산물 중 20%를 우드펠릿 원료로 활용할 경우 생산 가능한 우드펠릿은 2016년에 274만 톤, 2020년 314만 톤, 2030년 423만 톤의 우드펠릿이 생산 가능하다. 또한 최근 산림청에서 시행한 모두베기와 솎아베기 시범사업에서 모두베기는 79톤/ha, 솎아베기는 34톤/ha의 부산물이 수집되었고 이를 연간 평균 벌채 면적에 적용하면 임목 부산물은 1,084만톤이라는 결과가 도출되며 이를 우드펠릿으로 환산할 경우 약 650만 톤을 생산할 수 있을 것으로 추정된다.
2) 임목생장량을 기준으로 임목축적량을 산정 전망한 결과 2018년 이후에는 임목축적량이 10억㎥를 넘어서는 것으로 나타나고 있으며 2030년에는 임목축적량이 14억㎥를 넘을 것으로 예상되었다.

2) 임목생장량을 기준으로 임목축적량을 산정 전망한 결과 2018년 이후에는 임목축적량이 10억㎥를 넘어서는 것으로 나타나고 있으며 2030년에는 임목축적량이 14억㎥를 넘을 것으로 예상되었다. 이를 기준으로 미이용 임목부산물을 수집하여 생산할 수 있는 우드펠릿 추정양은 2020년 132만 톤, 2030년 175만 톤 생산이 가능하며 원목 가공과정에서 부산물로 발생되는 피죽과 톱밥 중 원목대비 10%가 우드펠릿 원료로 활용된다고 가정할 경우 2020년 218만 톤, 2030년 289만 톤 생산이 가능하고 그 중 20%가 우드펠릿 원료로 활용 된다고 가정하면 2020년 304만 톤, 2030년 402만 톤 생산 가능한 결과가 도출되었음을 Fig 6.
또한 최근 산림청에서 시행한 모두베기와 솎아베기 시범사업에서 모두베기는 79톤/ha, 솎아베기는 34톤/ha의 부산물이 수집되었고 이를 연간 평균 벌채 면적에 적용하면 임목 부산물은 1,084만톤이라는 결과가 도출되며 이를 우드펠릿으로 환산할 경우 약 650만 톤을 생산할 수 있을 것으로 추정된다.

1), 2) 분석방법의 평균값을 기준으로 미이용 산림바이오매스 부산물은 2016년 199만 톤, 2020년 228만 톤, 2030년 308만 톤으로 전망되며, 원목 가공과정 중 발생되는 부산물(피죽, 톱밥 등) 중 20%가 우드펠릿 원료로 활용될 경우 2016년 258만 톤, 2020년 295만 톤, 2030년 398만 톤의 원재료가 추가되어 미이용 부산물과 원목가공 과정 중 발생되는 부산물 중 20%를 우드펠릿 원료로 활용할 경우 생산 가능한 우드펠릿은 2016년에 274만 톤, 2020년 314만 톤, 2030년 423만 톤의 우드펠릿이 생산 가능하다. 또한 최근 산림청에서 시행한 모두베기와 솎아베기 시범사업에서 모두베기는 79톤/ha, 솎아베기는 34톤/ha의 부산물이 수집되었고 이를 연간 평균 벌채 면적에 적용하면 임목 부산물은 1,084만톤이라는 결과가 도출되며 이를 우드펠릿으로 환산할 경우 약 650만 톤을 생산할 수 있을 것으로 추정된다.
미이용 산림바이오매스 잠재량을 분석한 결과를 종합하면 선행 연구된 산림바이오매스 잠재량을 기준으로 우드펠릿 생산 가능량을 분석한 값과 임목생장율을 기준으로 분석한 값의 편차는 2030년 기준 약 10% 정도로 도출되었다.

미이용 산림바이오매스 잠재량을 분석한 결과를 종합하면 선행 연구된 산림바이오매스 잠재량을 기준으로 우드펠릿 생산 가능량을 분석한 값과 임목생장율을 기준으로 분석한 값의 편차는 2030년 기준 약 10% 정도로 도출되었다.
여기서 원목 가공과정에서 부산물로 발생되는 피죽과 톱밥 중 원목대비 10%가 우드펠릿 원료로 활용 된다고 가정할 경우 2020년 232만 톤, 2030년 318만 톤이 생산 가능하고 이 중 20%가 우드펠릿 원료로 활용 된다 가정하면 2020년 324만 톤, 2030년 443만 톤을 생산할 수 있다는 결과가 도출되었다.

여기서 나타난 미이용 임목부산물을 수집하여 생산할 수 있는 우드펠릿양은 2020년 141만 톤, 2030년 193만 톤으로 나타났다. 여기서 원목 가공과정에서 부산물로 발생되는 피죽과 톱밥 중 원목대비 10%가 우드펠릿 원료로 활용 된다고 가정할 경우 2020년 232만 톤, 2030년 318만 톤이 생산 가능하고 이 중 20%가 우드펠릿 원료로 활용 된다 가정하면 2020년 324만 톤, 2030년 443만 톤을 생산할 수 있다는 결과가 도출되었다. Fig 5.
이를 기준으로 미이용 임목부산물을 수집하여 생산할 수 있는 우드펠릿 추정양은 2020년 132만 톤, 2030년 175만 톤 생산이 가능하며 원목 가공과정에서 부산물로 발생되는 피죽과 톱밥 중 원목대비 10%가 우드펠릿 원료로 활용된다고 가정할 경우 2020년 218만 톤, 2030년 289만 톤 생산이 가능하고 그 중 20%가 우드펠릿 원료로 활용 된다고 가정하면 2020년 304만 톤, 2030년 402만 톤 생산 가능한 결과가 도출되었음을 Fig 6.은 보여주고 있다.

2) 임목생장량을 기준으로 임목축적량을 산정 전망한 결과 2018년 이후에는 임목축적량이 10억㎥를 넘어서는 것으로 나타나고 있으며 2030년에는 임목축적량이 14억㎥를 넘을 것으로 예상되었다. 이를 기준으로 미이용 임목부산물을 수집하여 생산할 수 있는 우드펠릿 추정양은 2020년 132만 톤, 2030년 175만 톤 생산이 가능하며 원목 가공과정에서 부산물로 발생되는 피죽과 톱밥 중 원목대비 10%가 우드펠릿 원료로 활용된다고 가정할 경우 2020년 218만 톤, 2030년 289만 톤 생산이 가능하고 그 중 20%가 우드펠릿 원료로 활용 된다고 가정하면 2020년 304만 톤, 2030년 402만 톤 생산 가능한 결과가 도출되었음을 Fig 6.은 보여주고 있다.

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New enewable Energy 자원 잠재량	한국에너지공단에서 발표하고 있는 New enewable Energy 자원 잠재량이란 무엇인가?	우리나라 전 지역에 걸친 신·재생에너지 자원량의 총량을 가늠하고 국내 보급계획 수립을 위한 기초자료로 주로 활용되고 있으며 New enewable Energy 기본계획에도 적용되고 있다. 한국에너지공단에서 발표하고 있는 New enewable Energy 자원 잠재량(potential)은 우리나라 전 지역에 걸친 신·재생에너지 자원량의 총량을 가늠하고 국내 보급계획 수립을 위한 기초자료로 주로 활용되고 있으며 New enewable Energy 기본계획에도 적용되고 있다. 일반적으로 잠재량은 이론적 잠재량, 지리적 잠재량, 기술적 잠재량, 시장 잠재량 등으로 구분하는데, NIFoS(2014)에서는 이론적 잠재량, 지리적 잠재량, 기술적 잠재량 등 산림바이오매스 부존량을 예측하고 있고 바이오에너지의 경우 이론적 잠재량의 98.
재생에너지 3020 이행계획	재생에너지 3020 이행계획의 현황은 어떠한가?	노력의 일환으로 발전사들을 중심으로 New & Renewable Energy에 속하는 바이오매스 연료를 발전용 연료로 사용하고자 하는 노력이 진행되었으나 최근 KFS 자료(2016)[4]에 의하면 기존에 보유하고 있는 국내 부존자원인 산림바이오매스를 효과적으로 활용하지 못하고 있으며 활용되지 못한 산림바이오매스 자원으로 인하여 자연재해(산불, 홍수, 산사태 등) 피해는 오히려 증가하고 있는 상황 이러한 노력의 일환으로 발전사들을 중심으로 New & Renewable Energy에 속하는 바이오매스 연료를 발전용 연료로 사용하고자 하는 노력이 진행되었으나 최근 KFS 자료(2016)[4]에 의하면 기존에 보유하고 있는 국내 부존자원인 산림바이오매스를 효과적으로 활용하지 못하고 있으며 활용되지 못한 산림바이오매스 자원으로 인하여 자연재해(산불, 홍수, 산사태 등) 피해는 오히려 증가하고 있는 상황이다.
잠재량	일반적으로 잠재량은 어떻게 구분하는가?	이론적 잠재량, 지리적 잠재량, 기술적 잠재량, 시장 잠재량 등으로 구분 한국에너지공단에서 발표하고 있는 New enewable Energy 자원 잠재량(potential)은 우리나라 전 지역에 걸친 신·재생에너지 자원량의 총량을 가늠하고 국내 보급계획 수립을 위한 기초자료로 주로 활용되고 있으며 New enewable Energy 기본계획에도 적용되고 있다. 일반적으로 잠재량은 이론적 잠재량, 지리적 잠재량, 기술적 잠재량, 시장 잠재량 등으로 구분하는데, NIFoS(2014)에서는 이론적 잠재량, 지리적 잠재량, 기술적 잠재량 등 산림바이오매스 부존량을 예측하고 있고 바이오에너지의 경우 이론적 잠재량의 98.6%가 산림바이오에너지이며 산림바이오 총량 중 기술적으로 확보 가능한 기술적 잠재량은 지리적 잠재량의 54.

저자의 다른 논문

김상선(1) 이봉희(35)

참고문헌 (16)

1. The State Affairs Planning Advisory Committee, The five-year policy for the Moon Jae-in administration of state affairs. p.67-95, Korean Culture and Information Service, (2017).
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9. Y. M. Son, R. H Kim, S. J. Lee, S. W. Kim, J. S. Hwang, H. Park, "Korea's forest biomass resource amount and Map," National Institute of Forest Science(NIFoS), No. 14-01, p.38-53, (2014).
10. National Institute of Forest Science(NIFoS), Act on the Formation and Management of Forest Resources(Article 39), Wood Pellet Standard, Quality Standard, p.1-23, National Institute of Forest Science(NIFoS), (2013).
11. Department of Agriculture, Food and the Marine, Review of worldwide standards for solid biofuels. Product, No. 39. p1-12, Available from http://www.coford.ie/media/coford/content/publications/projectreports/cofordconnects/cofordconnectsnotes. (accessed Dec. 2017)
12. D. S. Shin, G. S. Han, Analysis of Production Cost of Wood Pellet in Korea, p.11, Chungbuk National University Publishers, (2012).
13. Y. M. Son, K. H. Lee, R. H. Kim, "Estimation of Forest Biomass in Korea," Jour. Korean For. Soc., Vol. 96, No. 4 pp. 477-482, (2007).
14. S. T. Jo, T. S. Jo, D. H. Choe, Y. S. Kim, S. H. Choe, G. S. Chae, O. G. Lee, B. H. Jeong, J. H. Oh, I. Yang, S. I. Choi, G. S. Han, Discovery of Unused Forest Biomass Resources and Characteristics of Wood Pellets, No. 13-18, p.16-128, National Institute of Forest Science(NIFoS), (2013).
15. Food and Agriculture Organization of the United Nations(F.A.O), Forestry Production and Trade, Available from www.fao.org/faostat/en/#data/FO. (accessed Oct. 2017)
16. Korea Forest Service.(KFS), Sustainable Timber Comprehensive Plan[2015-2019], p.3-37, Korea Forest Service.(KFS), (2014).

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산림바이오매스 부존 잠재량 및 임목생장량 분석을 통한 미이용 산림바이오매스 활용 국내산 Wood pellet 생산 가능량 예측 연구

Estimation of the production potential of domestic wood pellets using unused forest biomass by analyzing the potential volume of forest biomass and the growth of forest trees

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