목재칩 산업구조 분석 및 안정적 수급 방안 연구
이보휘·김세빈
†·이창준·이학준·성용주
1·이창배
2·소순진
2·김태훈
3 접수일(2018년 6월 4일), 수정일(2018년 6월 22일), 채택일(2018년 6월 25일)Analysis on Industrial Structure and Stable Supply and Demand of Wood Chip
Bo-hwi Lee, Se-bin Kim
†, Chang-jun Lee, Yong Joo Sung
1, Chang-Bae Lee
2, Soon Jin So
2and Tae Hun Kim
3Received June 4, 2018; Received in revised form June 22, 2018; Accepted June 25, 2018
ABSTRACT
Until the year 2020, the domestic demands of wood pellets and wood chips for power generation is expected to reach 10 million tons. It is forecasted that the competition for raw materials supply would be inevitable inside and outside of Korea to secure reliable and stable energy sources. It is important to design an efficient structure which can sup- ply raw materials from abroad, as much as domestic biomass plantation projects. This study was aim to deduce an efficient business structure for stable supply of raw materials from abroad in the future around a biomass plantation project in Semarang, Indonesia, performed by the Korea Forestry Promotion Institute since 2013. The result encompassed that the division of processes of production based on biomass plantation in Indonesia and of importation in Korea into manufacturing, processing, and usage; and establishment of consortia covering the related agents. The consortia engaged in the project was subdi- vided into a planting consortium and a manufacturing consortium. Since the domestic power producer who is the final consumer invested directly in the production of raw ma- terials, it appeared that a more stable and efficient business structure would be possible by securing source of demand and supplementing narrow resources.
Keywords: Wood chip, woody biomass fuel, RPS system, industrial structure
• 충남대학교 농업생명과학대학 산림환경자원학과(Department of Environment & Forest Resource, College of Agriculture and Life Science, Chungnam National University, Daejeon, 34134, Republic of Korea)
1 충남대학교 농업생명과학대학 환경소재공학과(Department of Biobased Materials, College of Agriculture and Life Science, Chungnam National University, Daejeon, 34134, Republic of Korea)
2 한국임업진흥원 해외자원실(Global Resources Division, Korea Forestry Promotion Institute, Seoul, 07570, Republic of Korea) 3 ㈜풍림(PUNGRIM, 160, Daehwa-ro 52beonan-gil, Daedeok-gu, Daejeon, 34361, Republic of Korea)
† 교신저자(Corresponding Author): E-mail: [email protected]
Printed in Korea http://dx.doi.org/10.7584/JKTAPPI.2018.06.50.3.53
1. 서 론
신 기후체제 Post-2020 출범으로 우리나라는 2035년 까지 신·재생에너지 보급 목표를 11%로 설정하고, 온실 가스 감축을 효과적으로 이행하기 위한 2012년 신·재생 에너지 의무할당제(Renewable Portfolio Standard, RPS)를 도입하였다. 국내 발전사업자들은 RPS 제도에 서 할당된 의무공급량을 달성하기 위해 전기를 효율적으 로 생산할 수 있는 목재 바이오매스(목재펠릿, 목재칩)의 수요가 지속적으로 증가하고 있다.
목재 바이오매스는 막대한 자원량과 다른 에너지와 경 합하지 않고, 연료시 탄소 중립성(carbon-neutral)이 유지되므로 친환경 에너지원으로 주목 받고 있다. 또한 의무공급량을 이행하기 위해 투자해야 하는 시설 설비와 원료 원가 등이 다른 에너지원보다 상대적으로 낮아 목 재 바이오매스는 전력 발전에 매우 경제적이다.
세계 목재 바이오매스 시장규모는 2020년 1억 4,000 만 톤 규모로 성장할 것으로 예측되며, 주요 연료 형태인 목재펠릿과 목재칩에 대한 수요 증가가 두드러진다.
1)특 히 목재칩은 목재펠릿에 비해 MLH(mixed light- hardwood) → chipping → chip의 단순한 생산설비로 대량 생산이 가능하고, 저비용 생산 공정으로 연료화 효 과를 제고할 수 있기 때문에 국내 대형 바이오매스 발전 소 연료원으로 각광받고 있다.
산림청은 2020년까지 국내 목재펠릿과 목재칩의 수요 를 각각 500만 톤, 즉 총 1,000만 톤으로 예상하고 있 다.
2)하지만 수요 대비 국내 생산가능량은 2020년 목재 펠릿은 292만 톤, 목재칩은 2020년에는 90만 톤으로 예 상
3)되기 때문에 에너지용 원료 확보를 위한 대책마련이 필요하다.
목재 바이오매스 원료를 공급할 수 있는 방법은 첫째
산업부산물(제재소, 톱밥 등)과 폐목재를 재활용하는 것, 둘째 새로운 목재를 산림에서 수집하는 것이다. 원료를 재활용하여 만들어지는 폐목재 고형연료(Bio-SRF) 등 은 현재 가장 많이 사용 중이지만, 공급량 및 불순물 제 거 등의 문제로 친환경 에너지로서 한계점이 있다. 순수 목재를 원자재로서 사용하는 것이 가장 좋은 방법이나, 원목을 산림에서 벌채하는 것은 경제적· 환경적 측면에 서 타당성이 부족하다. 따라서 각 국가에서는 목재 바이 오매스 조림사업에 대한 확대와 자료 축적, 사업구조, 모 델 등에 대한 연구와 기술 노력이 필요하다.
본 연구는 2013년부터 시행되고 있는 산림청의 인도네 시아 세마랑 지역의 바이오매스 시험조림사업에 대한 내 용을 중심으로 향후 해외로부터 안정적인 원료 수급(연 료용 목재칩)을 위해 조림사업의 생산 여건 분석 및 효율 적인 사업구조 도출을 목적으로 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 목재칩 정의 및 분류
목재칩(wood chip)은 전통적으로 펄프, 보드용 등에 대한 원료재로 사용되어 왔으나, 신·재생에너지가 국제 적으로 증가함에 따라 연료원으로 가치가 증대되고 있 다. 연료용 목재칩은 연소 및 가스화 등 에너지 생산을 위 해 고안된 기계를 이용하여, 목재의 작은 크기와 조각으 로 분쇄함으로써 제조된 생산물을 말한다. 특히 Table 1 과 같이 그 형상에 따라 목재 연료칩과 호그로 구분한다.
국립산림과학원의 ‘목재칩 규격 품질기준’은 목재연료 칩과 호그를 형태로 구분하고, 이에 따른 크기와 회분, 함수율, 발열량의 차이로 품질을 파악
4)하도록 하고 있 다. 하지만 별도의 등급 기준은 마련되어 있지 않다.
Table 1. Classification of wood chips for fuel
Wood fuel chips Hog wood chips
Morphological
characteristics Relatively constant forms Wood chips of indeterminate forms
Raw materials
Wood and forestry by-products produced during forestry operations
and wood processing
Wood and forestry by-products produced during forestry operations
and forest production Restrictions on
raw materials
Lumber contaminated by chemical substances such as paint, oil,
preservatives, and so on
Lumber contaminated by materials such as paint, oil preservatives,
concrete, and so on
2.2 연구 방법 및 대상
신 기후체제에서 온실가스 감축에 필요한 안정적인 원 료 확보는 국내 미이용 산림바이오매스(2016년 415만 m
3)의 활용과 국외의 REDD+, 바이오매스 조림사업 등 의 국외 사업을 포함하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 국내 목재 바이오매스 현황 및 국내 목재칩 산업 동향을 분석하고, 해외로부터 안정적인 에너지 원료 수급을 위 한 사업구조를 도출한다.
국내 산업 동향 분석은 2016년에 산림청에서 시행한
‘목재 이용법 이행기반 구축사업’의 연구결과와 목재칩연 합회 등의 목재칩 관련업체와의 면담 조사로 진행되었 다. 또한 세마랑 조림 지역에 대한 생산 여건을 조사하기 위해 현지 가공 공장과 항구를 방문 조사하였다.
연구 대상지는 2013년부터 시작된 인도네시아 세마랑 지역의 목재바이오매스 시험 조림지역으로, 인도네시아 국영영림공사(Perum Perhutani)의 중부 자바에 위치한 세마랑 관리소 국유림이다. 시험 조림사업의 내용은 다 음과 같다.
- 조림수종: 글릴리시디아(Gliricidia sepium)
- 조림방식: 단벌기 맹아 갱신(1회 조림후 5회 벌채 목표) - 면적: 2,000 ha
- 벌기: 3년(MAI 40 m
3/ha 이상)
- 투자자 및 수행기관: 한국임업진흥원, 인니 국영 영림공사(Perum Perhutani) - 조림면적: 2017년 2,000 ha 조림 완료
Year 2013 2014 2015 2016 2017 Total Area (ha) 250 500 250 504 496 2,000
3. 결과 및 고찰
3.1 산업 동향
3.1.1 국내 목재칩 산업구조
국내 목재칩 산업구조를 조사하기 위해, 산림청에서 2016년 시행한 목재이용법 이행기반 구축사업의 연구결 과를 분석하였다.
3.1.1.1 목재칩 생산업체
목재칩 생산업체는 2016년 기준으로 수입업체가 1개, 생산업체는 58개로 펄프용, 보드용, 연료용에 따라 사업 종류가 구분된다. 그 결과, 연료용 칩 생산업체가 55.2%
로 가장 높았으며, 보드용 생산업체가 44.8%, 펄프용 칩 생산업체가 20.7%이었다. 목재칩 생산량은 총 1,851,914 톤으로 펄프용이 48.6%으로 가장 높았고, 다음으로 연료 용이 34.4%, 보드용이 16.7%, 기타(톱밥, 조경 깔개용 등)가 0.3% 순이었다.
5)목재칩의 주요 원자재 사용 현황은 Table 2에 나타내었 다. 수입재 원목의 경우 ‘0’으로 나타났고, 100% 국산재 를 사용하고 있다. 국산재는 총 1,136,477 m
3중 96.7%
가 펄프용으로 대부분 이용되고, 국내 산림에서 생산되 는 원목을 100% 활용하고 있다. 원목 외는 총 999,467 m
3중 61.5%가 연료용으로, 38.2%가 보드용으로 나타 났다. 특히 Table 3의 결과와 같이 연료용은 폐목재 비중 이 임지 잔재와 산업 부산물(죽데기, 톱밥)과 비교할 때 81.1%로 매우 높았다. 보드용 또한 총 원자재 중 64.8%
가 재활용 자재로 생산되고 있다.
Table 2. Status of usage of the major sources for wood chip (Unit: m
3, %)
Item Total
(%)
Log Other than
log (%)
Major items other than log
Percentage of solid wood Domestic log (%) Imported log (%)
Wood chip 2,135,944 (100)
1,136,477
(100) - 999,467
(100) - 53.2%
For pulp 1,099,098 (51.5)
1,099,098
(96.7) - - - 100.0%
For boards 381,626
(17.9) - - 381,626
(38.2)
Wood waste in
construction, etc. 0.0%
For fuel 654,620 (30.6)
40,379
(3.6) - 614,241
(61.5)
Wood waste in
construction, etc. 8.1%
Misc. 3,600
(0.2) - - 2,600
(0.3)
Remnants of
forest land 0.0%
3.1.1.2 목재칩 유통경로 및 수출입
목재칩 유통경로는 Fig. 1와 같다. ‘국내생산-유통업 체-화력발전소 및 열 병합발전소,’ ‘국내생산-유통업 체-파티클보드 제조용,’ ‘국내생산-제재-제지 생산,’
‘목재칩-국내생산-공장, 소비자/목재칩-퇴비용/목재 칩-소비자’
5)로 비교적 단순한 구조로 조사되었다.
2016년 기준으로 각 국가별 목재칩 수출입량은 Table 4와 같다. 목재칩 수출량은 없는 것으로 나타났으며, 수 입은 보드용이 95.9%로 가장 높은 비중을 차지하였다.
펄프용의 경우, 2015년에 비해 수입 물량과 구입 금액이 크게 증가하였다
위의 결과를 종합하여 국내 목재칩 산업구조를 살펴볼 때, 국내 순수 원목이 100% 펄프용으로 사용되며, 보드
용 생산은 국내에서는 원목 외가 일부 사용된다. 대부분 은 베트남, 태국, 말레이시아 등 동남아시아 국가의 수입 에 의존하고 있다. 연료용 칩의 원료는 국내산이 사용되 고 있으나, 순수 목재의 원자재보다는 건축 폐목재 등 재 활용 자재가 80% 이상 저가의 Bio-SRF로 생산되어 공 급되고 있다.
3.1.2 국내 목재 바이오매스 산업
국내에서 목재칩은 연료용, 펄프용, 보드용으로 크게 구분할 수 있다. 연료용 목재칩은 산림에서 생산한 원목 이나, 오염물질이 없는 1등급 폐목재를 파쇄한 목재칩을 말한다.
국내에서 목재칩을 실제 연료로 활용한 사례는 제주도 Table 3. Status of usage of the major sources except log (Unit: m
3, %) Item Logging residue Long side-split Sawdust Waste wood Bark Total
For pulp - - - - - -
For boards 71,789 (18.8) 62,505 (16.4) - 247,332 (64.8) - 381,626 (100.0) For fuel 112,554 (17.2) 3,320 (0.5) - 498,367 (81.1) - 614,241 (100.0)
Fig. 1. Distribution channel of wood chip.
Table 4. Import volume of wood chips by country Item
Import volume (ton) Purchasing amount ($1,000) Unit cost of import ($/ton) 2016 Increase/decrease
over 2015 (%) 2016 Increase/decrease
over 2015 (%) 2016 Increase/decrease over 2015 (%) Wood
chip
For pulp 41,257 452.3 3,949 179.9 96 △49.4
For board 965,631 3.3 72,578 △6.5 75 △9.4
For fuel - - - - - -
소나무재선충 피해목을 파쇄한 목재칩을 사용한 소형발 전소(이웰) 이외에는 없다. 그 이유는 첫째 국내 산림에 서 생산되는 원목칩은 REC 인증을 받을 수 없기 때문이 다. 다시 말해, 발전사업자가 신재생에너지 설비를 이용 하여 전기를 생산· 공급하였음을 증명 받을 수 없다. 국 내에서 생산되는 원목은 2014년에 ‘산림사업과 산지개발 에서 생산한 원목은 신재생에너지 공급인증서(REC)를 적용하지 않는다’는 항목이 산업통상자원부 고시에 추가 되었다. 이는 원료의 쏠림 현상을 방지하고, 국내 원목칩 을 원료로 사용하는 펄프, 제지, 보드 등 관련산업을 보호 하기 위함이다. 둘째 숲가꾸기 등에서 발생하는 부산물에 대한 사용시 수집 비용이 높고, 나무가 성장할 때 흡수한 수분으로 인해 발열량이 낮다. 산림 부산물을 연료로 사 용하려면 건조 비용이 추가된다. 건조 비용은 특히 Table 5의 내용과 같이 평균 함수율, 원료 구입가격, 건조 로스 부분에서 원목칩과 폐목재칩이 크게 차이를 보인다. 이에 따라 발전사업자들은 원목 또는 부산물보다는 가격이 낮 은 폐목재 고형연료(BIO-SRF)를 더 선호한다.
BIO-SRF는 환경부 관할아래 폐기물 관리법상 폐기물 로 지정된 폐목재를 파쇄한 목재칩으로, REC를 판매하 는 여러 업체들이 가장 많이 사용하는 바이오매스이다.
신재생에너지는 태양광, 풍력, 바이오, 수력, 지열, 폐기 물로 구분하고 있는데 원목칩은 바이오로 포함되고, BIO-SRF는 폐기물로 구분할 수 있다.
하지만 목재 바이오매스라는 개념아래 산림과 목재 산 업체에서 발생한 원목 또는 부산물 등과 같은 순수 목재 와 유해물질이 함유된 폐목재를 구분하지 않아, 바이오 매스 발전의 연소시 발암물질과 미세먼지가 다량으로 검 출되는 사례가 빈번이 발생하게 되었다. 이에 따라 청정 에너지원으로의 이미지가 실추되고, 제도적·정책적 혼 선을 가중시켜왔다.
3.2 세마랑 바이오매스 조림 지역의 목재칩 생산
3.2.1 가공한국임업진흥원은 인도네시아 국영영림공사(Perum
Perhutani)와 벌채계약을 통해 중주 자바의 세마랑 지역 에 2017년까지 2,000 ha 시범 조림을 완료하였다. 조림 된 2,000 ha의 시범 벌채 통해 국내 반입을 계획 중에 있 으나, 현지 가공 여건에 따른 어려움이 발생하고 있다.
세마랑의 가공 공장은 Fig. 2와 3 같이 인근 합판공장 에서 발생하는 폐잔재를 활용하여, 목재펠릿을 생산하고 있다. 목재펠릿의 함수량 기준은 15% 내외로, 현지의 폐 잔재로 생산된 목재펠릿은 5%로 조사되었다. 함수량이 기준에 부합하므로, 별도의 건조비가 발생하지 않는다.
이에 따라 공장의 가공 프로세스는 폐자재 → chipping
→ 톱밥 → 목재팰릿으로 가동 중이다.
반면 조림목(글릴리시디아)을 벌채하여 조림지에서 공 장까지 운송할 경우, 거리는 41 km로 차량으로 약 1시간 이 소요된다. 조림목이 현지 공장에 도착할 때 함수율은 50%로 Fig. 2와 같이 외부에서 건조를 하더라도, 기기로 재건조하는 공정을 거쳐야 목재펠릿의 함수율이 충족된 다. 즉, 글릴리시디아 → chipping → 톱밥 → 건조 → 목 재펠릿 제조 순으로 기존의 공장의 가공 프로세스에 변 화를 주기 때문에 생산 단가가 상승하고, 타 제품과의 가 격 경쟁력이 저하 될 수 있다. 따라서 장기적인 사업관점 에서 생산단가 절감을 위한 목재칩 자체 공장이 필요할 것으로 판단된다.
3.2.2 세마랑 국제 항구(Tanjun Emas Port)
조림목이 목재칩으로 국내에 반입하기 위해서는 건조 가 매우 중요하며, 칩을 저장할 수 시설이 필요하다. 동 남아시아에서 목재칩을 생산하여 유럽으로 수송하는 경 우, 함수율 25%에 부합하기 위해 벌채한 목재를 현장에 방치하여 1차 건조를 시킨 후, 목재칩을 생산한다. 그 다 음 실내 창고에 보관하여 다시 건조시키는 과정을 거친 다. 이 때 환풍기는 습한 공기를 순환시키며 실내에서는 쌓아놓은 목재칩을 뒤집어서 골고루 건조될 수 있도록 한다.
7)스마랑 국제 항구(Tanjun Emas Port)에는 보관 창고 와 관련하여 부두관리회사와 임대계약으로 이용 가능한
Table 5. Comparison of production costs between solid wood chips and BIO-SRF
6)Item Average moisture content Purchasing price of raw materials Loss on drying
Solid wood chips 45-55% KRW 65,000-75,000/ton 25-35%
Wood waste chips 20-35% KRW 30,000-20,000/ton 5% or less
Source: Tree paper, 2017.
것으로 확인되었다. 목재칩 창고의 실내 적재량은 Table 6로 예상된다. 약 3 m로 목재칩 적재 높이를 추정할 때 창고 1 개당(0.4 ha)로 12,000톤이 가능하다.
3.3 국외 원료 수급에 대한 사업구조
3.3.1 사업구조의 필요성국내에서는 순수 목재 연료와 폐목재에 대한 문제점이 발생하고, 이에 대한 해결방안으로 순수 목재 연료에 대 한 REC 가중치 상향이 지속적으로 제기되어 왔다. 최근 산업통장자원부는 RPS 공청회를 통해 Table 7과 같이 2018년에 REC 가중치 개정안을 발표했다. 큰 투자 없이 손쉽게 REC를 발급받는 석탄발전 혼소는 REC 가중치를 하향하였고, 목질계 전소는 단계별로 하향 추진될 예정 이다. 반면 국내산 바이오매스 활용 촉진을 위해 가중치 대상에서 미이용 산림바이오를 신설하고, 가중치 또한 상향 조정하였다.
현재 우리나라의 경우, 산림청의 목질 에너지산업 육성 정책이 원재료 공급 확보 보다는 수요 창출 쪽에 무게 중 심이 많이 쏠려 있는 상황이다. 또한 국내에서 숲가꾸기 를 통해 나온 부산물을 이용한 다양한 활용방안을 연구
검토하는 단계
9)이다. 향후 미이용 산림바이오의 효율적 으로 활용하기 위한 방안 마련과 적용대상 및 시기, Bio-SRF에 대한 관리체계 등 해결해야 할 사항들이 남 아있고, 국내에 정착되기까지 상당한 시간이 소요될 것 으로 고려된다.
또한 BAU 대비 37%라는 온실가스 감축 목표 중 4.4%
를 해외 바이오조림사업 또는 REDD+ 사업으로 감축 계 획을 국가차원에서 수행해야 하므로, 국내 산림 바이오 매스 자원화 만큼이나 국외로부터 원료를 수급할 수 있 는 효율적인 구조가 필요하다.
3.3.2 인니 바이오매스 시험조림사업의 효율적 사업구조