연구보고 C2008-58 / 2008.12.

산림바이오매스 확대보급과

산업화에 관한 연구

석 현 덕 연 구 위 원

김 성 주 위촉연구원

연구 담당

한국농촌경제연구원(1-4장, 7장, 부록2, 부록4)

석 현 덕

김 성 주

(사) 한국산림기술인협회(5-6장, 부록3)

마 상 규

김 남 홍

산림조합중앙회 임업기능인훈련원(6장, 부록1)

이 근 태

이 재 현

최 병 채

김 희 율

최 인 혁

최 일 훈

i

머 리 말

유가상승, 기후변화 등에 대응하기 위하여 바이오매스에 대한 수요가 증가하고

산림바이오매스 활용에 대한 국민적 관심이 커지고 있다.

산림에서는 숲 가꾸기 산물을 활용한 칩, 펠릿, 바이오에탄올 등 목재 및 목질계

에너지의 공급 잠재력이 있지만 이를 실제로 활용하기위해서는 산물수집에서부터

생산·가공·유통에 이르기까지 다양한 문제점들이 제기되고 있다.

이 연구는 목질계 에너지 가운데 가장 경제적이고 환경적인 펠릿을 중심으로 산

업화를 연구하고 이를 위해 원활하고 지속가능한 산림바이오매스 확대공급을 위한

효율적인 산물수집체계개선방안을 모색하여 산림바이오에너지의 산업화와 운영방

안을 마련하여 제시하였다.

이 연구보고서는 산림바이오매스의 활용을 늘리고 환경친화적인 목질계 에너지

를 확대생산하는데 활용되기 바란다. 이 사업의 원활한 진행을 위해 아낌없는 지원

을 해준 산림조합중앙회와, 임업기능인훈련원, 한국산림기술인협회의 관계자들과

관련기관 여러분들께 깊은 감사를 드린다.

2008. 12.

한국농촌경제연구원장 오 세 익

iii

요 약

국제유가와 온실가스배출량 감축 문제 해결 및 정부의 ‘저탄소 녹색성장’ 정

책을 성공적으로 이끄는 핵심적 역할을 수행하는 데 있어서 가장 유리한 에너지

원인 산림바이오매스 자원육성과 산물수집의 근원적 확대방안을 강구하여 펠릿

의 생산・공급에 이르기까지 펠릿의 보급과 산업화 방안을 모색하는데 목적이 있음.

펠릿 생산시설은 유럽·북미·중국 및 동남아시아지역에 집중적으로 분포되어

있으며, 펠릿 최대 생산지인 스웨덴 등을 중심으로 약 400∼450여개의 펠릿생

산 시설이 입지하여 2007년 약 460만 톤의 펠릿을 생산하는 등 전 세계적으로

2010년 1,500만 톤 펠릿 생산을 예상하고 있음.

국내에서 연간 20만㏊의 산림을 관리하여 10만㏊의 산물을 바이오매스 고체

연료(펠릿 등)로 만들면 273,684톤의 난방유 절약, 4,418억 원의 수입대체 효과

및 숲 가꾸기 작업 실시로 연간 2만 여명의 고용창출 효과를 얻을 수 있음.

또한 난방유가 아닌 펠릿을 사용하였을 경우 99만 톤의 탄소배출량 절감효과

가 나타나는데, 이는 현재(2008.11.24)의 탄소 가격으로 3백억 원의 탄소배출절

감액으로 환산되고, 저탄소·온실가스 감축에 적합한 에너지원임.

펠릿 생산의 경제성 파악을 위한 재무분석 결과 숲 가꾸기 산물수집에 대한

정부보조가 없는 경우에는 수익성이 전혀 없는 것으로 나타났으며, 기계 가동률

이 불량할수록 수익성이 발생하는 시점의 숲 가꾸기 산물수집에 대한 정부 보조

율은 높아지는 것으로 나타났음.

일반적으로 자본에 대한 사회적 기회비용이 3%∼5%수준임을 고려하면 펠릿

생산의 경제적 타당성은 매우 높음. 따라서 숲 가꾸기 산물을 활용한 펠릿 생산

은 국가 경제적인 측면에서 필요성이 매우 높으며, 이를 위해서는 숲 가꾸기 산

물수집에 대한 적극적인 정부지원이 필요할 것으로 판단됨.

중국, 일본 및 유럽 등 펠릿을 이용하여 탄소배출 의무감축량의 일정부분을

대체하고 있는 등 국내에서도 펠릿의 수요가 급격히 증대될 것으로 보이나 국내

산림바이오매스 자원을 지속적이고 효과적으로 생산하고, 생산된 산림바이오매

iv

스의 시장확대와 산업화를 위해서는 많은 장애요인들이 있음.

따라서 숲가꾸기 산물수집 기반 조성 및 오퍼레이터 등 전문인력을 양성하여

안정적인 원료 공급체계가 구축되도록 하고, 보일러 기술개발 촉진 및 보급과

펠릿 유통체계 개선, 규격화 등으로 생산된 산림바이오매스의 시장확대 및 산업

화가 이루어질 수 있도록 하며, 소비자들에게 세제지원, 펠릿 사용규제완화, 투

자설비 지원 및 발전차액지원 등의 제도적 지원방안 마련이 필요함.

v

ABSTRACT

A Study of Industrializations and Usages of Forest Biomass

The aim of the study is to devise industrializations of pellet which is the most eco-

nomical and environmentally friendly resource among renewable resources.

If 200,000㏊ of forests are managed annually and by-products are collected for bio-

mass solid fuels from them, 273,684 tons of heating fuels from fossil fuels can be saved

annually. This induces an import substitution of fossil fuels to the amount of 441.8 bil-

lion wons and the effects of 20,000 job creation annually. In addition, 990 thousand

tons of carbon emission can be reduced.

Financial rate of returns for pellet production can be over 10% in case of biomass

collection costs are reduced to the 70% of a total cost, while economic rate of returns

are over 30% on the same condition.

Therefore, an economic feasibility for pellet production facilities with reduction of

collecting cost of forest biomass is quite high.

In order to reduce the collection cost of forest biomass, projects such as constructing

intensive forest roads, mechanizing forest practices, and establishing biomass collecting

system should be launched.

Researchers: Hyun Deok Seok(Ph.D.), Seong Ju KimE-mail address: hdseok@krei.re.kr

vii

차 례

제1장 서 론

1. 연구의 필요성과 목적 ···························································································1

2. 선행연구 검토 ·········································································································2

3. 연구범위와 추진체계 ·····························································································4

4. 연구방법 ··················································································································5

제2장 왜 산림바이오매스인가?

1. 산림바이오매스의 정의 ··························································································6

2. 산림바이오매스 이용의 당위성 ············································································7

3. 산림바이오매스의 종류별 이용형태 ···································································21

제3장 세계 우드펠릿 산업의 현황

1. 우드펠릿은 무엇인가? ··························································································23

2. 세계 우드펠릿산업의 현황 ··················································································27

3. 시사점 ····················································································································37

제4장 우드펠릿의 산업화

1. 우드펠릿 생산공정 ·······························································································38

2. 우드펠릿 생산의 경제성 분석 ············································································46

제5장 우드펠릿 수요전망과 이용확대의 문제점

1. 우드펠릿 수요전망 ·······························································································55

2. 우드펠릿 이용확대에 따른 문제점 ·····································································57

제6장 우드펠릿시장 활성화 및 산업화 방안

1. 원료공급 방안 ·······································································································65

2. 우드펠릿시장 활성화 방안 ··················································································72

3. 제도적 지원방안 ···································································································76

4. 정부 부처별 협력방안 ·························································································78

viii

제7장 요약 및 결론

요약 및 결론 ·············································································································80

부 록 1. 효율적인 숲가꾸기 산물수집 시스템 개발 ··········································82

부 록 2. 열 병합발전 경제성 ···············································································101

부 록 3. 칩을 활용한 난방 및 발전사업 사례 조사 ········································106

부 록 4. 저탄소 녹색성장기본법 제정안 ···························································120

참고문헌 ······················································································································145

ix

표 차 례

제2장

표 2-1. 산림바이오매스의 구성 ······················································································· 6

표 2-2. 미국의 에너지원별 비용비교 ············································································· 8

표 2-3. 국내 에너지원의 경제성 비교 ············································································· 9

표 2-4. 대체에너지원별 설비의 경제성 비교(일본) ···················································· 10

표 2-5. 목질칩 생산을 위한 바이오매스 이용 가능량 ··············································· 11

표 2-6. 펠릿연료 및 화석연료의 온실가스 배출량 비교 ··········································· 14

표 2-7. 일자리 창출효과 ··································································································· 14

표 2-8. 열원별 난방비 비교표 ························································································· 15

표 2-9. 에너지 수입대체 효과 ························································································· 16

표 2-10. 일자리 창출효과 ································································································· 17

표 2-11. 탄소배출량 절감효과 및 절감액 산출 ··························································· 19

표 2-12. 각국의 1차에너지 대비 산림바이오매스 활용비율 ····································· 20

표 2-13. 산림바이오매스 2012년 보급목표 ····························································· 20

표 2-14 . 종류별 이용형태 비교 ····················································································· 21

표 2-15. 우드펠릿과 우드칩의 특징비교 ····································································· 22

제3장

표 3-1. 펠릿 연료 형태 ····································································································· 23

제4장

표 4-1. 원료구입비용 ········································································································· 46

표 4-2. 건조비용 ················································································································· 47

표 4-3. 인건비용 ··············································································································· 48

표 4-4. 기계운전비(1식기준) ·························································································· 49

표 4-5. 건축 시설물 및 기계설비비 ············································································· 50

표 4-6. 총 비용 ··················································································································· 50

표 4-7. 펠릿 판매가격 ····································································································· 51

표 4-8. 기계 가동률이 가장 양호한 경우의 FIRR ······················································ 52

표 4-9. 기계 가동률이 기준조건인 경우의 FIRR ························································ 53

표 4-10. 기기 가동율이 가장 불량한 경우의 FIRR ···················································· 54

x

제5장

표 5-1. 용도별 수요전망(2012년) ··················································································· 55

표 5-2. 펠릿 연료 유통체계 ····························································································· 61

표 5-3. 외국의 산림바이오매스 보급 정책 ··································································· 64

제6장

표 6-1. 작업로 밀도에 따른 시설비용 ··········································································· 66

표 6-2. 작업 시스템별 생산비용 내역 ··········································································· 68

표 6-3. 지역별 경영계획 ··································································································· 70

표 6-4. 우리나라의 목질 펠릿 규격(예정안) ································································ 73

표 6-5. 숲가꾸기 사업지의 산물수집비 보조사례(일본 경도부) ······························ 77

부록

표 1. 작업시스템별 작업기준 ···························································································· 82

표 2. 원료 구입비 ··············································································································· 101

표 3. 우드칩 생산비용 ······································································································· 102

표 4. 인원구성 및 인건비 ································································································· 102

표 5. 기기설비 투자비 ······································································································· 102

표 6. 기타영업비용 ············································································································· 103

표 7. 생산 에너지 판매를 통한 수입 ··········································································· 103

표 8. 건물 및 기계설비비의 정부 보조율에 따른 수익률(FIRR) 변화 ··················· 105

표 9. 우드칩 구입에 따른 열 병합발전 수익률(FIRR) 변화 ····································· 105

표 10. 칩과 난방유 연료비 비교 ····················································································· 107

표 11. 소형 발전사례 비교 ······························································································· 115

표 12. 신재생에너지 발전차액 지원내용(’06년) ·························································· 116

표 13. 해외 신재생에너지 발전차액 지원 제도(독일.’06년) ····································· 116

xi

그 림 차 례

제1장

그림 1-1. 연구추진체계 ······································································································· 4

제2장

그림 2-1. Dubai 유가 추이 ································································································ 7

그림 2-2. 발전원별 거래단가 ····························································································· 9

그림 2-3. 저탄소 연료 ······································································································· 12

그림 2-4. 연료별 CO2 배출량 비교 ··············································································· 13

그림 2-5. 바이오매스 난방의 온실가스 배출량 비교 ················································· 13

그림 2-6. 임분밀도 조절에 따른 흉고직경변화 ··························································· 18

그림 2-7. 탄소배출 거래가 ····························································································· 18

제3장

그림 3-1. 가정식 펠릿 설비 형태 ··················································································· 24

그림 3-2. 펠릿 대비 난방유 비용 ··················································································· 25

그림 3-3. 펠릿 일자리 창출효과 ····················································································· 25

그림 3-4. 펠릿의 안전함 ··································································································· 26

그림 3-5. 세계 펠릿생산 시설 입지현황 ······································································· 27

그림 3-6. 연도별 세계펠릿생산량 현황 ········································································· 28

그림 3-7. 세계펠릿시장 성장시나리오 ··········································································· 28

그림 3-8. 유럽 내 펠릿생산 시설 입지현황 ································································· 29

그림 3-9. 유럽의 연간 펠릿생산량 변화추이 ······························································· 30

그림 3-10. 스웨덴의 연간 펠릿생산량 변화추이 ······················································· 30

그림 3-11. 독일의 연간 펠릿생산량 변화추이 ····························································· 31

그림 3-12. 오스트리아의 연간 펠릿생산량 변화추이 ··············································· 32

그림 3-13. 캐나다 내 펠릿생산 시설 현황 ································································· 33

그림 3-14. 미국 내 펠릿생산 시설 현황 ······································································· 33

그림 3-15. 캐나다의 연간 펠릿생산량 변화추이 ························································· 34

그림 3-16. 중국 및 동남아시아 지역 내 펠릿생산 시설 입지현황 ························· 35

그림 3-17. 중국의 향후 펠릿생산규모 예상추이 ························································· 36

xii

제4장

그림 4-1. 펠릿 원료 공급 및 생산과정 ······································································· 39

그림 4-2. 펠릿 제조공정 ································································································· 39

그림 4-3. 독일 BAUST 목재소의 펠릿 생산시설 체계 ··········································· 40

그림 4-4. 해머밀(독일 BAUST 목재소) ······································································ 40

그림 4-5. 열원(좌)과 벨트 건조기(우)(독일 BAUST 목재소) ·································· 41

그림 4-6. 펠릿의 일관성 있는 함수율 ········································································· 41

그림 4-7. 평판다이 펠릿 성형기 ··················································································· 42

그림 4-8. 원형 다이 펠릿 성형기 ················································································· 43

그림 4-9. 펠릿 CPM 성형기(독일 BAUST 목재소) ················································· 43

그림 4-10. 펠릿 다이 ······································································································· 43

그림 4-11. 역류방식 냉각시설 ······················································································· 44

그림 4-12. 버킷 엘리베이터 ··························································································· 44

제6장

그림 6-1. 집재방법별 작업 시스템 ··············································································· 67

그림 6-2. 탱크저장 방법 ··································································································· 74

그림 6-3. 톤 백 포장 ······································································································· 74

그림 6-4. 소 포장 ··············································································································· 74

그림 6-5. 전용 차량 공급 ································································································· 74

그림 6-6. 가정용 펠릿 저장시스템 ··············································································· 75

부록

그림 1. Mr. Heil 씨의 칩 난방 가옥 ············································································· 107

그림 2. 직영벌채한 원목 수집 모습 ··············································································· 108

그림 3. 칩과 장작으로 가공, 장작은 1년간 건조 후 가공 ······································ 108

그림 4. 칩으로 제작된 원료(좌측)와 발열기 및 칩 저장 창고(우측) ····················· 108

그림 5. 연료주입구(좌)와 발열기(우) ············································································· 109

그림 6. 칩 저장소 및 발전실 건물 외부로 연결되어 있는 목탄 수거 콘테이너 ········ 114

- 1 -

제1 장

서 론

1. 연구의 필요성과 목적

○ 전 세계는 지구환경문제의 대두 및 친환경 에너지원에 대한 관심의 증폭에

따라 고효율 장비를 통한 에너지 소비감소와 더불어 대체 에너지 개발에 주

력하고 있음

○ 산림바이오매스는 태양광, 풍력 및 조력 등의 신재생에너지 중에서도 가장

우수한 신재생에너지 중의 하나이며, 유럽 등 선진국에서는 가장 선호되고

있는 에너지 이지만, 우리 정부가 최근에 발표한 태양광, 풍력 등 4대 신재생

에너지에서 제외됨에 따라 산림바이오매스에 대한 가치 재정립의 필요성이

대두되고 있음

- 특히 펠릿은 EU와 미주 등 선진국에서는 가정 및 공동시설용 스토브나

보일러용 연료, 지역난방 연료, 열병합 발전(CHP) 원료로 광범위하게 사

용되고 있고, 향후 펠릿 사용량이 증가할 것으로 전망되는 등 미래의 산림

바이오매스 에너지로 각광받고 있음

○ 그러나 국내는 산림바이오매스 산물수집의 문제 및 펠릿의 생산, 공급, 유통

에 이르기까지 펠릿의 보급과 산업화에 여러 문제가 있어 시장확대에 어려

움이 있음

○ 따라서, 본 연구의 목적은 산림바이오매스 자원육성과 산물수집의 근원적 확

대방안 강구, 펠릿의 산업화를 통한 산림바이오매스 산업화 방안을 모색하는

데 있음

- 2 -

2. 선행연구 검토

○ 차두송 외(2004)는 대체에너지원으로서 국내 산림바이오매스 자원의 잠재력

과 이용가능성을 분석하기 위해 바이오매스에너지원의 정의와 특성을 살펴

보고, 국내에서의 바이오매스 에너지원의 잠재력과 이용가능성에 대해 검토

하였음

○ 서정호 외(2005)는 동적 임분생장모델을 이용한 임분 바이오매스 및 탄소흡

수량을 추정하는 연구를 시행하였는데, 동적생장모델을 이용하여 산림경영

(간벌작업)의 수행여부에 따른 산림의 재적변화량, 산림의 바이오매스와 탄

소흡수량을 추정하였으며, 산림의 탄소흡수량 증진을 위해서는 간벌작업을

통한 산림경영이 필수적인 요소임을 증명하였음

○ 권순덕 외(2005)는 산지전용에 따른 우리나라 임목바이오매스 탄소배출량에

관한 연구를 시행하였는데, 임상별 산지전용면적 추이 분석을 통해 임목바이

오매스 탄소배출량 및 산지전용에 따른 임목바이오매스 탄소배출량을 분석

하였음

○ 국립산림과학원(2006)은 산림바이오매스 조사 표준 매뉴얼 연구를 시행하였

는데, 교목층, 하층식생, 고사목과 유기물층의 각 구성요소에 따라 산림바이

오매스 조사 매뉴얼을 작성하였으며, 산림바이오매스에 대한 학술 연구, 임

업적 활용 및 전국 규모의 조사 등에 사용되는 표준적인 조사방법으로 적용

되도록 산림바이오매스 조사 표준 매뉴얼을 작성하였음

○ 지구환경문제의 대두 및 친환경 에너지원으로서 산림바이오매스 자원에 대

한 관심의 증폭에 따라 손영모 외(2007a)는 우리나라 산림바이오매스에 대해

사업지 및 경제림단지 바이오매스 추정 뿐 아니라 2005년 말까지 전국 바이

오매스를 추정하였으며, 우리나라 산림바이오매스 변화 추이를 통한 산림바

이오매스 관리 프로그램을 제작 수행하였음

○ 손영모 외(2007b)는 산림 사업지 바이오매스를 이용한 화석연료 대체효과를

분석하였는데, 숲가꾸기 사업에 따라 실제 수집되는 바이오매스량과 잠재 생

- 3 -

산가능한 바이오매스 추정량을 분석하였으며, 상업적 벌채에 따른 잔존 바이

오매스량을 분석하였음

○ 산림바이오매스에 관한 연구는 산림바이오에너지의 잠재력과 이용가능성 등

에 대한 내용이 다수이며, 산림바이오매스 사업의 경제성 분석 및 국가 경제

적 효과 분석을 통한 산림바이오매스 에너지의 산업화 및 운영제도 마련에

관한 연구는 전무한 실정임

- 4 -

3. 연구범위와 추진체계

○ 한국농촌경제연구원은 연구총괄을 하며, 산림바이오매스의 활용실태 및 필

요성, 산림바이오매스 산업의 경제성 분석 및 국가 경제적 효과 분석에 관련

된 연구를 수행함

○ 한국산림기술인협회는 산림바이오매스 산지수집 시스템 개발 및 산업화방안

에 관한 연구를 수행함

○ 산림조합중앙회 임업기능인훈련원은 산림바이오매스 산지수집 시스템 개발

중 산지수집 공정 및 비용분석을 수행함

그림 1-1. 연구추진체계

- 5 -

4. 연구방법

○ 문헌 및 자료 검토

- 국내외 신재생에너지 및 산림바이오매스 에너지의 이용, 생산, 정책 현황

파악을 위하여 국내외 연구 문헌 검토

- 국내 경영주체의 현황 및 경영실태 분석을 위하여 관련 기업체 등 주체들

의 자료 검토

○ 현지 출장조사

- 칩, 펠릿 등의 산림바이오매스 에너지 이용 형태, 유통경로, 시장규모, 판

매처 등 현지방문을 통해 자료 수집 및 분석

- 산림바이오매스 연료림 조성 단지화 및 시스템 개발을 위해 숲가꾸기 산

물수집 과정, 불량임분 갱신 지역 등 현지방문을 통해 자료 수집 및 분석

○ 전문가 자문회의

- 산림바이오매스 유형별 발전책 개발, 생산기반 조성 사업비 지원 방안 모

색 등 제도 개선방안을 도출하기 위해 관련 분야 전문가로 구성된 자문회

의 개최

- 6 -

제2 장

왜 산림바이오매스인가?

1. 산림바이오매스의 정의

○ 산림바이오매스란 산림에서 나오는 나무의 줄기, 뿌리, 잎 등을 의미하며 생

물량 또는 생체량 등으로 표현됨

- 특히 리그닌 및 셀룰로오스가 포함된 나무, 초본식물 및 이들에서 파생된

제품이나 폐목재, 종이 등 목질계 바이오매스를 의미1)

항목 뿌리 포함 뿌리 미포함

잎, 가지, 열매 19.7 24

줄기 62.0 76

뿌리 18.3 0

계 100.0 100

자료 : KRUEGER. 2007. 독일 숲의 구성 비율

표 2-1. 산림바이오매스의 구성

단위 : %

○ 산림바이오매스는 전체가 에너지화 대상이 될 수 있으나 그 경제적 가치에

따라 고급목재 등으로 이용되고 실제 에너지로 이용하는 대상은 저급재임.

- 숲 가꾸기 사업 시 솎아내는 나무(소경간벌재)

- 수확 후에 남긴 잔재물, 가지와 초두부

- 목재가공 후에 남긴 폐기대상

- 갱신지 벌채림 및 바이오 순환림

1) 산림청에서 목질계 바이오매스를 대행하는 행정용어로 ‘산림바이오매스’를 사용하고 있어 본 연구에서의 산림바

이오매스는 목질계 바이오매스를 일컬음

- 7 -

2. 산림바이오매스 이용의 당위성

○ 탄소전쟁이 국가경제의 압력요인으로 작용하고 있으며, ‘국제 유가’와 ‘온실

가스배출량 감축’문제를 해결하는 것이 향후 국가경쟁력 결정에 있어서 핵

심임

- 국제유가는 2008년 7월 중순 사상 최고가인 배럴당 140달러(서부텍사스

중질유)를 넘어섰다가 10월 70달러 밑으로 내려가 있으나 향후에는 80달

러에서 110달러 선을 오르내리면서 ‘고유가 시대’를 예상

- 유가(두바이유 기준)는 ´08년 상반기에 전년대비 52.3%의 상승률을 기록

하는 등 ´03년부터 지속적인 상승추세에 있음

*두바이 유가 상승률(전년대비,%)

: (´03)12.2 → (´04)25.5 → (´05)46.8 → (´06)24.7 → (´07)11.2

→ (´08 상반기)52.3

그림 2-1. Dubai 유가 추이

자료 : 한국석유공사

- 또한 국제에너지기구(IEA)는 2008.11.19일 지식경제부가 주관한 ‘세계 에

너지 전망 2008’ 발표회에서 “2008∼2015년 유가는 배럴당 평균 100달러,

2015∼2030년에는 평균 120달러가 될 것” 이라고 전망

○ 탄소전쟁에 대응하기 위한 국가 차원의 온실가스감축 의무이행 대책이 중요

- 8 -

- 우리나라는 탄소전쟁 위기 극복에 취약한 상황이어서 정부의 ‘저탄소 녹

색성장’ 정책을 성공적으로 이끄는 핵심적 역할을 수행할 에너지 필요

○ 대체에너지 가운데 가장 유리한 에너지원의 파악 및 활용이 시급하며, 이에

산림바이오매스는 대체에너지로서의 역할이 가장 기대되고 있음

- ‘고유가 대응전략’에 따른 국가 경쟁력 강화의 원동력이 될 것으로 전망

2.1. 산림바이오매스의 장점

2.1.1. 가장 경제적인 대체 에너지

○ 산림바이오매스 이용은 LP가스, 연료용 기름, 전기, 천연가스를 이용할 때 보

다 비용이 낮아 경제성을 가지고 있음

구 분 단위당 비용 열효율성(%) 100만 BTU 당 비용($)

우드펠릿 225($/ton) 80 17.15

연료용기름 3.26($/gallon) 78 30.29

전기 10(Cents/㎾h) 100 29.31

천연가스 1.55($/therm) 78 19.39

LP가스 2.47($/gallon) 78 34.67

장작(건조시킨 것) 190($/cord) 60 15.83

석탄 250($/ton) 75 10.89

자료 : www.pelletheat.org 의 자료를 바탕으로 자체 계산

기준일) 2008.12.2

표 2-2. 미국의 에너지원별 비용비교

○ 전력발전 시 이용되는 원료별 원가는 목재 칩, 펠릿 등 산림바이오매스가 각

각 45원/M㎈, 67원/M㎈으로 휘발유, 경유, 등유에 비하여 각각 약 3배, 약

2.4배, 약 2배 정도 연료 원가가 낮아 경제적임

- 9 -

구 분 발 열 량 단위 가격 단위 발열량 원료 원가

목재 칩 2,800kcal/㎏ 130원/㎏ 22.0kcal/원 45원/Mcal

목재 펠릿 4,500kcal/㎏ 300원/㎏ 15.0kcal/원 67원/Mcal

경 유 9,200kcal/ℓ 1,364원/ℓ 7.3kcal/원 137원/Mcal

실내 등유 8,700kcal/ℓ 1,092원/ℓ 9.1kcal/원 110원/Mcal

휘 발 유 8,300kcal/ℓ 1,431원/ℓ 5.5kcal/원 182원/Mcal

주1) 1Mcal = 1,000kcal

주2) 목재칩과 목재펠릿의 단위가격은 2007년 9월 기준으로 작성.

주3) 경유, 실내등유, 휘발유 단위가격은 한국석유공사 석유정보센터 2008년 11월 4주 주간주유소 판매가격 추이

적용(www.petronet.co.kr)

표 2-3. 국내 에너지원의 경제성 비교

○ LNG와 신재생에너지별 거래단가(2008년 기준)를 비교해보면 양수가 177원

/M㎈로 가장 높으며 그 다음으로 LNG와 복합이 높게 나타났고, 신재생에너

지 중 목재칩과 목재펠릿이 가장 낮은 것으로 나타남

136

116 111

177

45

67

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

원/Mcal

LNG 복합 수력 양수 목재칩 목재펠릿

그림 2-2. 발전원별 거래단가

자료: LNG, 복합, 수력, 양수 거래단가는 한국전력공사 전력통계속보(360호).

2008년 1-10월 평균치 적용(http://www.kepco.co.kr)

- 10 -

○ 일본의 발전비용을 비교하면 바이오매스 발전이 매우 경제적으로 나타났음

구 분 태양광 풍력 바이오매스 원자력

kw당 설비비용(만엔) 60 25 20 30

발전효율(%) 10 25 20 35

이용률·가동률(%) 12 20 50 80

발전비용(엔/kwh) 66 17 20∼25 5.9(∼10)

자료 : 富士通總硏(FRI)經濟硏究所,「京都協定書發效をバネに地域分散型産業構造へ」硏究Report

No.137, 2002. 7. P10의 내용을 일부 수정, 작성

표 2-4. 대체에너지원별 설비의 경제성 비교(일본)

2.1.2. 충분한 자원공급 가능성

○ 산림 부산물의 경우 245만 톤(GT) 정도가 2005년에 발생했으나 재활용율은

10% 수준(24만 톤)으로 극도의 미활용 상태이며, 이는 수집 인프라 부족과

과다한 수집비용이 원인임2)

○ 생활 폐목재는 83만 톤 가운데 3%인 24만 톤만 재활용

- 2000년 이후 연평균 14%의 증가율을 보이고 있으나, 2006년 현재 국내

목질계 바이오매스 이용량은 314천TOE로 1차에너지 사용량 중 0.14% 수

준에 불과함

○ 향후 산림부산물과 폐목재의 활용율을 높일 경우 산림바이오매스 공급량은

크게 증가할 것으로 예상됨

- 산림바이오매스 공급가능량은 부산물 및 피해목, 숲가꾸기 사업 부산물,

폐목재, 에너지 순환림 등 다섯 종류로 나누어 추정할 수 있음3)

① 개발부산물

: 도로건설, 골프장, 스키장, 신도시 건설 등 각종 개발사업으로 인해 숲

2) 배정환. 2007. 바이오매스에 의한 열에너지 보급 지원방안. 에너지경제연구원(13). pp.11-12

3) 산업자원부. 2007. 신∙재생에너지 RD&D 전략 2030[목질계 바이오에너지]. pp.35-36

- 11 -

을 제거하는 과정에서 발생하는 임산물로서 현재까지 감소된 산림면적

이 6,448ha(2005 임업통계연보 기준)로 총 임목축적량은 256,874㎥이고

바이오매스량으로 환산할 경우 436,943㎥

② 피해목

: 매년 산불피해, 수해, 설해, 풍해, 병해충, 남벌 및 불법훼손에 의해 피

해목이 발생되는데 2005년 기준 총 1,931ha, 206,203㎥의 피해목 발생

(줄기부분만 목질칩으로 전환함을 가정)

③ 숲가꾸기 사업 부산물

: 2007년 숲가꾸기 면적은 200천ha 이며, 사업을 통해 발생되는 부산물은

2,660천㎥으로 수종갱신지 등에서 원목을 제외한 나뭇가지・잎 등 2차 부산물을 합치면 1,270,221㎥의 바이오매스가 생산

④ 폐목재

: 폐기물 중 생활 폐목재, 사업장생활계 폐목재, 건설 폐목재 발생량 중

소각 및 매립되는 양만 추출하여도 총 발생량은 2,057,627㎥

⑤ 에너지 순환림

: 수종갱신 작업을 경제림 육성에서 연료용 조림사업으로 전환하는 것으

로 에너지 순환림 사업을 전 지역으로 확대한다면 총 462ha에서

2,622,490㎥의 바이오매스가 생산

에너지원개발

부산물피해목 숲가꾸기 폐목재

에너지

순환림합계

경유대체

가용 에너지

(G㎈/㎏)

가용량

(㎥)436,943 206,203 1,270,221 2,057,627 2,622,490 6,593,484 18,858,482

주1) 폐목재 이용율은 BDT 기준 80% 산정

주2) 경유대체 가용 에너지 자체추정

자료 : 산업자원부. 2007. 목질계 바이오매스의 에너지 활용 방안(우드칩을 이용한 에너지 생산설비를 중심으로)

표 2-5. 목질칩 생산을 위한 바이오매스 이용 가능량

- 12 -

2.1.3. 저탄소·온실가스 감축에 적합

○ 석탄, 기름 그리고 가스 등 기존에 사용하던 화석연료를 이용할 경우 연간

6.2톤의 탄소가 방출되는 것으로 나타났으나, 목재 에너지를 이용할 경우 탄

소 배출량은 0.8톤으로 감소하게 됨

그림 2-3. 저탄소 연료

자료 : A Report by XCO2 conisbee Ltd.｢Low Carbon Heating with Wood Pellet Fuel｣.

○ 각 연료별 CO2 배출량을 구체적으로 보면 전기, 가정용 석탄, 난방용 기름,

부탄가스 등에 비해 목재연료는 CO2 배출량이 가장 낮으며, 특히 전기와 비

교하면 1/16 정도로 CO2 배출량이 낮음

- 13 -

54

69 69

79 81

115

7

0

20

40

60

80

100

120

㎏ CO2/GJ

가스 LPG 부탄가스 난방용 기

름

가정용 석

탄

전기 목재

그림 2-4. 연료별 CO2 배출량 비교

자료 : A Report by XCO2 conisbee Ltd.｢Low Carbon Heating with Wood Pellet Fuel｣.

○ 에너지별 온실가스 배출량을 보면 난방유의 경우 1MJ의 에너지를 생산하는

데에 120g 이상의 온실가스(Green House Gases: GHGs)가 발생하고, LPG의

경우 100g이 발생하며 LNG는 82g 정도 발생함

- 밀짚을 이용한 바이오매스 난방은 20g 미만의 온실가스 발생량을 보이고,

태양열, 속성목 혹은 산림부산물을 이용한 우드칩 연소시스템에서는 5g미

만의 온실가스 발생량을 보여 지구온난화 물질 배출량에서 산림바이오매

스 난방시스템에 우수한 것으로 나타남

0.10

0.08

0.02

0.00

0.00

0.12석유

LPG

LNG

밀짚

태양열

우드칩

그림 2-5. 바이오매스 난방의 온실가스 배출량 비교

단위: ㎏ eq CO2 /MU

자료 : Elsayed MA, Matthews R and Mortimer ND(2003). Carbon and energy balances for range of biofuels

options" Project No. B/B6/00748/REP for yhe Department of Trade and Industry, Resources

Research Unit, Sheffield Hallam University, Sheffield, UK.

- 14 -

○ 목질계 연료인 칩, 펠릿, 장작과 석유, 석탄에 대해 CO2 배출량을 비교한 결

과, 목질계 연료의 경우 배출량이 없지만 석유, 석탄은 각각 274g/㎾h, 328g/

㎾h로 배출량이 크고, SOx와 NOx의 경우는 석유보다 낮게 나타남

구 분배출량(CO2:g/㎾h, CO2이외 : ㎎/㎾h

석유 석탄 칩 펠릿 장작

CO2 274 328 0 0 0

SOx 180 108 108 108 108

NOx 216 108 180 216 150

입자상물질 36 32 40 108 3,600자료 : NPO法人SDG, 伊那谷森林バイオマス利用硏究會. 2003. 森林バイオマス. p46

주) 岩手県資料より. 100오일=1KRW, 1KRW=0.13US$(2002년 8월 26일 기준)

표 2-6. 펠릿연료 및 화석연료의 온실가스 배출량 비교

2.1.4. 농산촌 지역의 경제 활성화 기여

○ 간벌재의 효과적 활용은 산림자원 증식, 농산촌 지역의 일자리 창출, 농업난

방비용 감소로 농·산촌 소득증대 등 기대효과가 매우 큼

- 우리나라 산림은 자원조성 성공 후 시급히 가꾸어야 할 산림이 215만ha로

추정되며, 이를 토대로 매년 20만ha에 대해 숲가꾸기를 한다면 연간 2만

여명의 일자리 창출효과를 가져옴

일자리 창출

효과

(19,687명)

◦ 숲가꾸기 실시 : 8,750명

- 산림기능인력 : 8,333명

∙ 200,000㏊ × 10인/㏊ ÷ 240일(연간작업일수)

- 관리인력 : 417명

∙ 8,333명 × 5%

◦ 숲가꾸기 산물 수집 : 10,937명

- 산림기능인력 : 10,416명

∙ 2,000,000㎥ ÷ 0.8㎥/인 ÷ 240일

- 관리인력 : 521명

∙ 10,416명 × 5%

주) 숲가꾸기 20만ha/연, 산물수집 10만ha/연 실행 시 기대효과임4)

표 2-7. 일자리 창출효과

- 15 -

○ 국제 원유가격이 지속적으로 상승함에 따라 농산촌 지역의 경영비 중 높은

비중을 차지하는 난방비 등의 에너지비용을 저감시키는 효과가 있어 결과적

으로는 농업경쟁력이 제고

- 펠릿을 이용한 난방은 경유온풍기 대비 약 1/4 수준의 연료비만 필요한데,

600평(20만㎉/h) 기준으로 약 6개월 사용 시 면세유 대비 약 20%인 약

622만원의 연료비 절감효과가 있음

구 분펠릿

(㎏)

심야전기

(㎾)

방카C유

(L)

등유

(L)

경유

(L)

면세경유

(L)

단위열량

(㎉)4,500 860 9,900 8,700 9,200 9,200

1시간연료

소비량47 237 22 23 22 19

기준원가 300 52 897 1,144 1,540 924

1시간당

연료금액14,100 12,324 19,734 26,312 33,800 17,556

1개월

연료비4,230,000 3,697,200 5,920,200 7,893,600 10,140,000 5,266,800

펠릿대비

1개월

기준차액

- 532,800-1,690,20

0

-3,663,60

0

-5,910,00

0

-1,036,80

0

주1) 600평(20만 ㎉/h), 하루 10시간 가동 기준

주2) 심야전기 기준원가는 겨울철 요금적용(2008.1.1기준 http://cyber.kepco.co.kr)

방카C유, 등유, 경유, 면세경유 기준원가는 2008년 9월 1일 기준(http://www.petronet.co.kr)

표 2-8. 열원별 난방비 비교표

단위 : 원

4) 기준자료

1. 숲가꾸기 ㏊당 소요인원: 솎아배기 10인/㏊/1일(2007년 시책단비적용)

2. 1인당 숲가꾸기 산물 수집량: 0.8㎥/1인/1일(2007년 산림청 산림바이오매스 활용 세부지침)

3. 관리인력: 기능인력의 5% 적용 (원가계산서상의 간접노무비 적용)

- 16 -

2.2. 산림바이오매스이용의 국가 경제적 효과

○ 연간 20만ha의 산림을 관리하여 이중 10만ha에 대해 산물을 수집하여 펠릿

등의 산림바이오 에너지로 사용했을 때 에너지 수입대체효과와 숲가꾸기 산

물 수집 확대로 일자리 창출효과 및 간벌로 인한 산림자원 증가효과 그리고

탄소고정효과를 기대할 수 있음

2.2.1. 수입대체 효과

○ 연간 20만ha의 산림을 숲가꾸기를 통해 버려진 산물을 이용하여 바이오매스

고체연료(칩, 펠릿)로 만들게 되면 난방유로 환산하였을 경우 273,684톤의

난방유가 절약되고 4,418억 원의 수입대체효과를 가져옴

에너지 수입

대체 효과

(4,418억원)

◦ 숲가꾸기 산물을 완전 건조목으로 환산량 : 600,000톤

- 1,500,000톤 × 0.4(함수율 60%)

◦ 숲가꾸기 산물을 이용 시 얻을 수 있는 열량 : 3,120MKwh

- 600,000톤 × 1,000kg/톤 × 5.2Kwh/kg ÷ 1,000,000

◦ 난방유로 환산량 : 273,684톤

- 3,120MKwh ÷ 11.4Kwh/kg × 1,000

◦ 수입대체효과 : 4,418억원

- 273,684톤 × 1,000kg/톤 × (1364/0.845)원/kg

주1) 숲가꾸기 20만ha/연, 산물수집 10만ha/연 실행 시 기대효과이며, 산물수집량을 톤으로 환산함5)

주2) 경유 단위가격 : 1364원/ℓ (한국석유공사 석유정보센터 2008년 11월 4주 주간주유소 판매가격 추이 적용)

주3) 경유 밀도 : 815-845㎏/㎥(환경부 고시)

표 2-9. 에너지 수입대체 효과

2.2.2. 일자리 창출효과

○ 숲가꾸기 산물수집확대는 숲가꾸기 작업 실시로 인하여 8,750명, 숲가꾸기

산물수집 인원 10,937명, 펠릿생산 인원 750명으로 연간 2만 여명의 고용창

5) 기준자료

1. 생재목재의 함수율(완전 건조목으로 환산): 60% (국립산림과학원 자료)

2. 열량 (국립산림과학원 자료) ⇒ 완전 건조목재의 1kg당 열량 : 5.2Kwh , 난방유 1kg당 열량 : 11.4Kwh

- 17 -

출 효과를 얻을 수 있음

일자리 창출

효과

(20,437명)

◦ 숲가꾸기 실시 : 8,750명

- 산림기능인력 : 8,333명

∙ 200,000㏊ × 10인/㏊ ÷ 240일(연간작업일수)

- 관리인력 : 417명

∙ 8,333명 × 5%

◦ 숲가꾸기 산물 수집 : 10,937명

- 산림기능인력 : 10,416명

∙ 2,000,000㎥ ÷ 0.8㎥/인 ÷ 240일

- 관리인력 : 521명

∙ 10,416명 × 5%

◦ 펠릿 생산 : 750명

- 펠릿 생산 투입 인력 : 750명

∙ 2,000,000㎥ × 0.75톤/㎥ × 5인/10,000톤

주1) 숲가꾸기 20만ha/연, 산물수집 10만ha/연 실행시 기대효과임6)

주2) 200,000㏊/년 × 10㎥/㏊(평균 간벌률 30% 적용) = 2,000,000㎥/년

주3) 톤 단위환산 계수 : 0.75톤

표 2-10. 일자리 창출효과

2.2.3. 숲가꾸기로 인한 산림자원 증가 효과

○ 숲가꾸기는 산림 내 임목 상호간의 경쟁을 완화시켜 적절한 생육공간을 제공

하여 잔존목의 직경생장을 촉진하고, 건전한 산림조성과 우량한 목재를 생산

하는데 도움이 됨

○ 숲가꾸기에 따른 효과는 나머지 산림의 흉고직경 변화를 가져오며, 임분밀도

를 조절해줌으로써 흉고직경이 커짐을 알 수 있음

6) 기준자료

1. 숲가꾸기 ㏊당 소요인원: 솎아배기 10인/㏊/1일(2007년 시책단비적용)

2. 1인당 숲가꾸기 산물 수집량: 0.8㎥/1인/1일(2007년 산림청 산림바이오매스 활용 세부지침)

3. 관리인력: 기능인력의 5% 적용 (원가계산서상의 간접노무비 적용)

- 18 -

그림 2-6. 임분밀도 조절에 따른 흉고직경변화

자료 : 손영모 외 4인. 2006. 간벌효과분석 모델 개발(Ⅱ). 산림과학논문집 69:1-9

2.2.4. 탄소고정 효과

○ 세계 탄소시장은 2006년에 규모면에서 16억 3,200만 톤, 금액면에서는 224억

5,800만€에 달하고 있으며, 이는 규모면에서는 2005년에 비해 생산량과 금

액면에서 모두 2배 이상 성장함

그림 2-7. 탄소배출 거래가

자료 : Carbon Market Daily(www.pointcarbon.com)

- 19 -

○ 난방유가 아닌 목재를 사용하였을 경우 99만 톤의 탄소배출량 절감효과가

있고, 이는 현재(2008.11.24)의 탄소 가격으로 3백억 원의 탄소배출절감액으

로 환산됨

탄소배출량

절감 효과

(99만 톤)

◦ 난방유 사용시 탄소배출량 : 1,092,000톤

- 3,120MKwh × 350g/Kwh ÷ 1,000,000g/톤

◦ 목재 사용시 탄소배출량 : 93,600톤

- 3,120MKwh × 30g/Kwh ÷ 1,000,000g/톤

◦ 목재 사용시 탄소배출량 절감량 : 998,400톤

- 1,092,000 - 93,600톤

탄소배출절감액

(3백억 원)

◦ 탄소배출량 거래가 16.00€(2008.11.24일 거래가)7)

◦ 탄소배출절감액 : 30,909,825,024원

- 998,400톤 × 16€ × 1,934.96(환율적용)8)

주) 기준자료

1. 숲가꾸기 사업량 : 20만ha(산림청 숲가꾸기 기본계획 적용)

⇒ 시급히 가꾸어 주어야 할 산림 : 215만ha(국립산림과학원 조사)

2. Biomass 원료수집 가능량

⇒ 200,000㏊/년 × 10㎥/㏊(평균 간벌률 30% 적용) = 2,000,000㎥/년

3. 표4-1의 숲가꾸기 산물 이용시 얻을 수 있는 열량 적용 : 3,120MKwh

4. 연료별 1㎾h의 열량을 얻을 시 CO2 발생량(국립산림과학원 자료): 난방유 350g, 목재 30g

표 2-11. 탄소배출량 절감효과 및 절감액 산출

2.3. 국내 산림바이오매스 이용현황

○ 중국, 일본 및 유럽에서는 산림바이오매스 이용을 통해 탄소배출 의무감축량

의 일정부분을 대체하고 있음

○ 특히 유럽의 경우 이용의 용이성 등으로 산림바이오매스 이용에 대한 우선투

자가 이루어지고 있으며, 전체 신재생에너지의 50% 이상을 충당하는 높은

성과를 나타내고 있음

○ 그러나 ’05년 우리나라의 산림바이오매스 이용율은 0.1%로 다른 나라에 비

해 현저히 낮은 것으로 나타났음

7) http://www.pointcarbon.com

8) 환율 기준일 2008.11.25

- 20 -

- 우리나라도 탄소배출을 줄여야 하는 의무감축국(2013년)이 되기 때문에

활용성이 용이한 산림바이오매스 중심의 탄소배출 감축방안 마련이 필요

구 분 핀란드 스웨덴 프랑스 독일 영국 한국

비 중 20.5 15.5 3.3 1.8 0.5 0.1

자료: Wood Energy Barometer. 2005

표 2-12. 각국의 1차에너지 대비 산림바이오매스 활용비율

단위: %

○ 정부는 저탄소 녹색성장의 핵심전략으로 신재생에너지 비율을 2030년까지

11%로 확대할 계획(’07년 2.4% → ’20년 7%)을 발표

- 이에 따라 재생에너지 중 공급 잠재력이 큰 청정에너지로 평가받고 있는

산림바이오매스의 이용 확대가 필요한 시점임

종 류 ’06년 에너지 보급 ’12년 에너지 보급

단 위 toe 비 율(%) toe 비 율(%)

총 1차 에너지 230,949 100.0 274,978 100.0

신재생에너지 5,225 2.3 9,232 3.4

산림바이오매스 318 0.1 1,578 0.6

- 성형탄 - 32(70천톤) 신재생에너지의 6% - 35(77천톤)신재생에너지의

17% - 임산연료 - 49(109천톤) - 952(2,094천톤)

- 폐목재 - 237(521천톤) - 591(1,300천톤)

자료: 목질바이오매스 수급 및 이용전략. 2007. 산림청.

주: 일부 산림조합중앙회 자체 추청

표 2-13. 산림바이오매스 2012년 보급목표

- 21 -

3. 산림바이오매스의 종류별 이용형태

○ 산림바이오매스는 주 에너지원인 목재의 가공형태에 따라 장작, 칩, 펠릿 등

으로 구분됨

- 장작은 원목을 땔깜용으로 조제한 것

- 우드칩은 파쇄기를 이용하여 절삭한 목재조각으로 펄프 및 섬유판의 제조

원료로 사용되기 시작하여 그 사용 범위가 확대됨. 칩의 크기 및 함수율에

따라 연소시스템의 크기나 성능이 좌우

- 우드펠릿은 식물이나 나무를 톱밥과 같은 작은 입자 형태로 분쇄ㆍ건조, 압

축하여 작은 알갱이 모양으로 성형한 것으로 난방 및 발전용 연료로 사용

○ 장작, 칩, 펠릿은 이용분야에 따라 다소 차이가 있음

구 분 종류별 주 이용형태 비고

장작 -가정난방과 온수 공급 산촌을 중심으로 한

농가이용

우드칩

-공동시설의 난방과 온수

공급

-열병합발전(CHP)

주로 대형 시설에 활용

우드펠릿

-가정, 공동시설의 난방과

온수공급

-석탄 혼소 발전, 열병합

발전(CHP)

-기타(축산용)

고열량의 차세대

미래연료로 각광

표 2-14 . 종류별 이용형태 비교

- 22 -

3.1. 산림바이오매스 이용형태별 특징

○ 우드칩

- 우드칩은 벌목된 나무나 마른 나무로부터 직접 생산이 가능하고, 공공 시

설의 난방 및 온수사용 등 운용비용이 펠릿에 비해 상대적으로 저렴함

- 반면 보관을 위한 대형저장시설이 필요하며 벌크운송비용이 크고, 공급시

스템이 복잡하여 운송비용이 우드펠릿에 비해 상대적으로 높음

○ 우드펠릿

- 규격화 등으로 국제적으로 거래가 가능함

- 재생산이 가능하고, 식량자원에 영향을 미치지 않으며, 환경친화적임

- 다른 산림바이오매스 원료에 비해 발화성이 낮아 운송과정의 특별한 설비

및 장비가 필요치 않음

- 우드칩에 비해 상대적으로 보관비용이 낮음

- 반면 생산시설 건설비용이 우드칩 대비 높음

우드칩 우드펠릿

벌목이나 건조목으로부터 직접생산이 가능 생산시설의 건설비용이 우드칩 대비 비쌈

우드펠릿대비 난방비용이 더 저렴 난방비용이 우드칩에 비해 높음

대형저장시설이 요구됨 대규모저장시설을 필요로 하지않음

복잡한 공급시스템이 필요하고 벌크운송

비용이 매우 큼밀도가 높아 수송비용이 저렴함

거래가격 : 1톤당 52∼78유로 거래가격 : 1톤당 182∼325유로

표 2-15. 우드펠릿과 우드칩의 특징비교

○ 산림바이오매스 이용형태별 특징을 비교한 결과 우드펠릿이 우드칩에 비해

운송 및 보관, 사용이 용이한 등 이용적 측면의 경쟁력이 높음

- 산림바이오매스 이용에 대한 세계적 흐름도 사용이 용이하고 규격화 등을

통해 거래가 가능한 펠릿을 중심으로 이루어지고 있음

○ 따라서 본 연구에서는 산림바이오매스 중 우드펠릿을 중심으로 산업화와 확

대보급 방안 등에 대해서 연구를 실시

- 23 -

제3 장

세계 우드펠릿 산업의 현황

1. 우드펠릿은 무엇인가?

1.1. 우드펠릿연료의 특징

○ 우드 펠릿은 목재 가공과정에서 발생하는 건조된 목재 잔재를 압축하여 생산

하는 작은 원통모양의 표준화된 목질계 연료를 말하며, 크기는 4-10㎜ 그리

고 길이는 20-50㎜정도임

○ 펠릿은 화학적 결합물질의 첨가 없이 고압으로 압축되어 생산되며 열량은 대

략 5㎾h/㎏이며, 난방유 0.5ℓ와 같은 열량을 가지고 있음

지름 4∼10mm

길이 지름의 3∼5배

벌크밀도 600∼750kg/㎥

단위밀도 1∼1.4g/㎤

부스러기율 0.5∼1.5%

함수율 12% 이하

열량 4,500㎉ 이상

재발생율 1.5% 이하

주요성분비율질소 - 0.3% 이하, 염소 - 0.03% 이하,

나트륨 - 300 ppm 이하

표 3-1. 펠릿 연료 형태

- 24 -

1.2. 우드펠릿의 장점

○ 화석연료 대신 목질계 연료인 펠릿을 이용할 경우 경제적・환경적 측면에서 이점을 가질 수 있음

○ 경제적 측면

- 펠릿은 다른 생물학적 연료에 비하여 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 같

은 무게의 나무 장작에 비해 부피가 약1/2로 저장 공간이 매우 적게 요구

되어 도시지역에 사용할 수 있는 연료이고, 규격화되어 생산되기 때문에

운송이 용이하여 매우 경제적임

그림 3-1. 가정식 펠릿 설비 형태

자료 : A Report by XCO2 conisbee Ltd.｢Low Carbon Heating with Wood Pellet Fuel｣.

- 경유, 보일러 등유, 면세경유에 비하여 펠릿의 M㎈당 비용이 저렴하여 경

제적임

- 25 -

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2007년

6월

2007년

7월

2007년

8월

2007년

9월

2007년

10월

2007년

11월

2007년

12월

2008년

1월

2008년

2월

2008년

3월

2008년

4월

2008년

5월

2008년

6월

2008년

7월

2008년

8월

천원/Mcal

경유 보일러등유 면세경유 벙커C유

캐나다산펠렛(톤빽) 캐나다산펠렛(벌크) 중국산펠렛(소포장)

그림 3-2. 펠릿 대비 난방유 비용

주1) 난방유 자료(http://www.petronet.co.kr)

주2) 펠릿가격은 FnD International 자체 조사(해당일별 시장가격 적용)

- 펠릿생산을 통해 일자리를 창출시키고 지역경제를 활성화시키는 효과도

있음

그림 3-3. 펠릿 일자리 창출효과

자료 : 미국의 펠릿 관련 종사자수는 Future of American Energy. www.pelletheat.org참조.

- 26 -

○ 안전성 측면

- 난방유와 가스는 저장과 운반상 폭발위험이 따르지만 펠릿은 발화성이 낮

아 트럭과 같은 일반 운송차량을 이용할 수 있어 안전하다는 장점이 있음

그림 3-4. 펠릿의 안전함

자료 : A Report by XCO2 conisbee Ltd.｢Low Carbon Heating with Wood Pellet Fuel｣.

○ 환경적 측면

- 우드 펠릿은 제작시 나무 이외에 별도의 첨가물을 사용하지 않아 친환경

적임

- 펠릿을 이용한 난방시설은 모든 면에서 다른 생물학적 연료를 이용한 난

방시설보다 방출되는 유독가스(일산화탄소 또는 먼지)의 양이 적으며, 회

분발생량에서도 목재칩보다 절반 정도 밖에 되지 않아 완전연소가 용이하

다는 장점이 있음

- 산성비의 주 원인이 되는 황산화물(SOx)의 경우 우드 펠릿은 연소시 전혀

발생시키지 않으며, 질소산화물(NOx)의 경우 화석 연료와 비교하여 매우

낮은 양이 방출됨

- 27 -

2. 세계 우드펠릿산업의 현황

2.1. 세계 우드펠릿생산시설 분포

○ 전 세계적으로 펠릿생산 시설의 분포를 살펴보면, 유럽․북미․중국 및 동남

아시아지역에 집중적으로 펠릿생산 시설이 분포되어 있음

- 유럽의 경우 스웨덴, 독일, 오스트리아, 이탈리아, 러시아 등이 주요 펠릿

생산국이며, 유럽전역을 통틀어 약 400~450여 개의 펠릿생산 시설이 입지

한 상황임

- 북미지역의 경우 캐나다에 약 30여 개, 미국에 약 70여 개의 펠릿생산 시

설이 입지해 있으며, 캐나다와 미국이 비슷한 양의 펠릿을 매년 생산하고

있는 것으로 나타났음

- 중국 및 동남아시아지역의 경우 중국, 태국 등이 주요 펠릿생산국이며, 이

지역에 현재 약 150여 개의 펠릿생산 시설이 입지하고 있음

- 그 외 지역의 경우 일본, 인도, 뉴질랜드 등이 잠재적인 주요펠릿생산국으

로 여겨지는 상황이며, 이들 국가의 펠릿생산량은 앞으로 꾸준히 증가할

것으로 예상됨

그림 3-5. 세계 펠릿생산 시설 입지현황

자료 : Pellet Base

- 28 -

○ 세계 펠릿생산량의 추이에 대한 구체적인 통계자료를 살펴보면, 2000년에 약

150만 톤의 펠릿이 생산된 이후 유럽․북미를 중심으로 지속적으로 증가하

고 있는 것으로 나타났음

○ 2006년도에 약 700만 톤, 2007년도에 약 1,010만 톤의 펠릿이 생산된 이후,

2008년에는 전 세계적으로 약 1,100만 톤이 넘는 펠릿이 생산될 것으로 추정됨

- 또한 F.N. Jensen(2007)의 논문에 포함된 펠릿산업 성장시나리오에 의하

면, 전 세계적으로 펠릿생산량은 2010년 1,500만 톤 등 계속해서 성장해

나갈 것으로 예상되고 있음

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

유럽 북미 기타 총

그림 3-6. 연도별 세계펠릿생산량 현황

자료 : John Swaan. 「Transportation and Handling BioEnergy. “Wood Pellets”」. 2nd international

BioEnergy Conference and Exhibition 2006 의 통계자료 편집.

그림 3-7. 세계펠릿시장 성장시나리오

자료 : F.N.Jensen, Andritz 2007

- 29 -

2.2. 세계 지역별 펠릿생산현황

2.2.1. 유럽지역

○ 유럽은 스웨덴, 오스트리아, 독일 등을 주요 펠릿생산국으로 하는 세계 최대

의 펠릿생산지역이며, 최근 들어서는 다른 지역에도 펠릿생산 시설이 지속적

으로 들어서고 있는 상황임

그림 3-8. 유럽 내 펠릿생산 시설 입지현황

자료 : The Bioenergy International. 2007

○ 유럽 지역 내 전체 펠릿생산량추이를 살펴보면, 2001년 약 107만 톤의 펠릿을

생산한 이후 꾸준히 생산량이 증가하고 있는 추세로 평균 21.1%의 증가율을

- 30 -

기록하며 2007년에는 약 460만 톤의 펠릿을 생산하였음

그림 3-9. 유럽의 연간 펠릿생산량 변화추이

자료 : Pellets@las

○ 주요 펠릿생산국가의 펠릿생산현황을 살펴보면 다음과 같음

- 스웨덴은 유럽 내 최대의 펠릿생산국으로서, 2008년 현재 연간 약 140만

톤의 펠릿을 생산하는 것으로 추정되고 있음. 1982년 펠릿을 처음으로 생

산하기 시작했지만 높은 생산비용과 수요부족 등의 문제로 인해 활성화되

지 못했음. 그러나 1992년 스웨덴 정부가 화석연료에 대해 과세를 하기 시

작하면서 스웨덴의 펠릿산업이 본격적으로 성장하기 시작하였음

그림 3-10. 스웨덴의 연간 펠릿생산량 변화추이

자료 : Energidalen, 2006

- 31 -

- 독일은 얼마전까지만 해도 상대적으로 펠릿생산량이 많지 않았으나, 최근

가스․석유가격의 인상으로 에너지분야에서의 목재사용에 대한 수요가

급증함에 따라 펠릿의 생산량도 자연스레 증가하고 있는 추세임

- 바이오연료시스템에 대해 정부가 호의적인 입장을 가지고 있으며 사용가

능한 목재의 양이 많다는 점 등으로 인해 독일은 펠릿산업에 대한 많은

잠재력을 가지고 있다고 할 수 있음. 2008년 현재 독일은 연간 약 180만

톤의 펠릿을 생산해낼 것으로 추정되고 있음

그림 3-11. 독일의 연간 펠릿생산량 변화추이

자료 : Christian Rakos, 「Production and market trends - an EU perspective」, proPellets Austria.

- 오스트리아는 1997년 이후 펠릿시장이 급격히 성장하기 시작했는데, 그

중에서도 특히 가정용 펠릿을 생산하는 산업의 발전정도가 상대적으로 높

은 것으로 나타났음

- 2008년 현재 약 30여 개의 펠릿생산 시설이 가동중이며, 연간 약 80만 톤

의 펠릿을 생산하는 것으로 추정되고 있음

- 32 -

그림 3-12. 오스트리아의 연간 펠릿생산량 변화추이

자료 : Austrian Energy Agency, 2007

2.2.2. 북미지역

○ 북미지역의 주요 펠릿생산국은 캐나다와 미국을 들 수 있음. 캐나다는 남서

부․남동부지역에 펠릿생산 시설이 집중되어 있으며, 미국은 북서부․동부

지역에 펠릿생산 시설이 집중되어 있음

○ 2008년 현재, 캐나다에는 약 30여 개, 미국에는 약 70여 개의 펠릿생산 시설

이 입지하고 있음

- 33 -

그림 3-13. 캐나다 내 펠릿생산 시설 현황

자료 : Wood Pellet Association of Canada. 2006.

그림 3-14. 미국 내 펠릿생산 시설 현황

자료 : Wood Pellet Association of Canada. 2006.

○ 각 지역의 펠릿생산량 현황을 구체적으로 살펴보면 다음과 같음

- 캐나다의 경우, 2006년 140만 톤의 펠릿을 생산하였으며 그 이후에도 새

로운 펠릿생산 시설의 건설과 기존 생산시설의 확장 등을 통해 2008년 현

재 약 200만 톤의 펠릿 생산을 추정하고 있음

- 생산시설의 경우 1997년 이래 연평균 15.9%의 성장률을 기록하고 있으며,

실제생산량 역시 연평균 18.9%의 성장률을 기록하며 점차 증가하고 있는

추세

- 34 -

0

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

3500000

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

생산시설 실제생산량 국내판매량

미국내 판매량 수출량(미국제외)

그림 3-15. 캐나다의 연간 펠릿생산량 변화추이

자료 : Peter Brand. VP Marketing and Business Development Pinnacle Pellet Inc. 2008.

- 미국 역시 2006년 약 60여 개의 펠릿생산 시설에서 약 80만 톤의 펠릿을

생산하였는데, 이는 지난 5년 간 무려 2배 이상으로 증가한 것임

- 미국은 EU를 주된 타겟으로 할 목적으로 플로리다 지역에 세계 최대규모의

펠릿생산 시설을 건설하는 등 공격적인 투자를 통해 점차 펠릿생산량을

늘려가고 있는 상황

2.2.3. 중국 및 동남아시아 지역

○ 중국 및 동남아시아 지역을 보면, 중국의 동남부 및 인도 서부지역, 태국 등

지에 펠릿생산 시설이 집중된 것을 알 수 있음

○ 2008년 현재 중국에는 약 40여 개의 펠릿생산 시설이 입지하고 있으며, 인도

에는 최근 들어 많은 생산시설이 입지해 약 10여 개의 펠릿생산 시설이 입지

하고 있는 상황임

○ 중국정부에서는 이미 펠릿을 연료로 사용하는 50여 개의 열병합 발전소를

건설할 계획을 세우는 등 펠릿산업을 적극적으로 육성․지원할 계획을 세우

고 있음

- 35 -

그림 3-16. 중국 및 동남아시아 지역 내 펠릿생산 시설 입지현황

자료 : Pellet Base

○ 중국의 경우, 최근에 펠릿시장에 진입한 관계로 아직은 생산규모가 크지 않

지만 향후 그 규모를 지속적으로 증가시켜 갈 것으로 전망됨

- 2007년 처음으로 70만 톤 정도의 펠릿생산을 시작한 이후 2011년 500만

톤, 2013년 1,000만 톤, 2016년 2,000만 톤 등 엄청나게 빠른 속도로 생산

규모를 늘려가 곧 세계 최대의 펠릿생산국이 될 잠재력을 가지고 있는 것

으로 전망되고 있음

- 36 -

그림 3-17. 중국의 향후 펠릿생산규모 예상추이

자료 : Malgorzata Peksa-Blanchard (ETA) et al. 「Global Wood Pellets Markets and Industry: Policy

Drivers, Market Status and Raw Material Potential」. 2007.11.

- 37 -

3. 시사점

○ 화석연료의 대체재로서 펠릿이 새롭게 각광받고 있는 상황임. 유럽 및 북미

지역에서는 이미 펠릿산업이 활성화되어 있는 상황이며, 엄청난 잠재력을 가

진 중국이 새롭게 주요 펠릿생산국으로 주목받고 있음

○ 주요 국가의 펠릿생산규모는 시간이 흐름에 따라 더욱 더 증가할 것으로 예

상되는 바, 펠릿시장에 진입한지 얼마 되지 않은 우리나라는 펠릿산업 활성

화를 위한 정책을 적극적으로 시행하는 것이 향후 세계 대체연료시장에서의

경쟁력 확보에 중요한 과제가 될 것으로 보임

○ 2008년 현재까지 국내 펠릿 제조시설은 군산, 동해, 여주(산림조합중앙회 목

재유통센터)의 3개소에서 건설 완료 되어 일부 시설에서 펠릿생산을 시작하

는 단계이나 원료공급의 어려움과 국내 펠릿 수요시장 형성이 활발하게 이

루어지기까지는 관련 제도의 개선과 지원책 개발이 조속히 이루어져야 함

- 38 -

제4 장

우드펠릿의 산업화

1. 우드펠릿 생산공정

1.1. 우드펠릿 생산과정

○ 펠릿의 주원료로 원목, 숲 가꾸기 사업 후의 간벌재・주벌재・수종갱신재, 피해목, 임지폐목재 등이 쓰이며, 목재가공 후 발생하는 톱밥으로도 펠릿 생

산이 가능함

○ 숲 가꾸기 산물 또는 톱밥 등을 이용할 경우 펠릿 공장으로 운송하여 원료를

투입하고 이물질 제거, 건조, 압축, 분쇄, 가열, 냉각 처리를 거쳐 미세먼지는

펠릿으로부터 분리시키고 생산된 펠릿은 포장을 거친 후 펠릿저장고에 저장

되어 가정용 스토브, 보일러 또는 난방온풍기 등의 원료로 사용됨

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그림 4-1. 펠릿 원료 공급 및 생산과정

1.2. 펠릿 제조공정

○ 펠릿 제조는 ① 크기조절과정 → ② 건조과정 → ③ 수분함량 조절 → ④

제분과정 → ⑤ 생산된 펠릿의 부스러기 및 먼지제거 → ⑥ 냉각과정 → ⑦

생산펠릿의 저장과정 → ⑧ 적재과정 등 8단계의 공정을 통해 이루어짐

그림 4-2. 펠릿 제조공정

자료출처) http://www.bioenergie-heidelberg.de/pelletproduktion%20.pdf

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그림 4-4. 해머밀(독일 BAUST 목재소)

그림 4-3. 독일 BAUST 목재소의 펠릿 생산시설 체계

자료출처) http://www.bioenergie-heidelberg.de/pelletproduktion%20.pdf

1.2.1. 크기 조절(Chippers/Shredders, Hammer Mills)

○ 펠릿 생산을 위해 원재료를 일정 크기로 잘게 부수는 과정으로, 상황에 따라

단일 설비나 또는 다중 설비로 구성됨

① 칩퍼/파쇄기

- 원목이나 가지 혹은 지름 1인치

이상의 원재료를 1인치 내외의

크기로 분쇄 및 스크린 하는 설

비임

- 칩퍼는 회전하는 디스크에 칼날

이 붙은 형태로 칼날에 의해 작

은 조각으로 깎아내는 역할을 함

- 파쇄기는 이빨이 달린 회전하는

롤러에 의해 원재료를 부순 후

스크린으로 작은 조각을 걸러내는

역할을 함

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② 해머밀

- 도리깨 형태의 작은 해머 날이 3,000∼8,000 RPM 속도로 회전하며 마찰

을 통해 원재료를 작게 만들고 스크린을 통해 1∼10㎜크기의 입자를 걸러

내는 역할을 함

1.2.2. 건조(Rotary/Drum Dryers, Belt Dryers, Pipe Dryers)

○ 양질의 펠릿을 생산하기 위해 원재료의 함수율이 15∼20% 범위를 벗어나는

경우 건조 과정을 거치거나 건조된 다른 원재료와 혼합을 하게됨

그림 4-5. 열원(좌)과 벨트 건조기(우)(독일 BAUST 목재소)

1.2.3. 혼합(Batch Mixers)

○ 혼합과정은 건조 후 재료를 잘게 부수는 과정 후에 이루어지며, 상태조절 과

정 전이나 후에도 가능함

○ 원재료가 혼합과정을 거치면서 일관성을 유지하는 경우 신뢰할 수 있는 품질

의 펠릿이 생산될 수 있으며, 혼합과정을 통해 일정 범위내에 원재료들이 지

속적으로 공급될 수 있다면 원재료의 함수율을 안정적으로 유지시킬 수 있음

그림 4-6. 펠릿의 일관성 있는 함수율

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1.2.4. 상태조절(Water and Stram Addition, Binders)

○ 펠릿 성형기의 타입과 원재료의 특성에 따라 함수율이 달라지게 되며, 함수율

이 너무 낮은 경우 정량펌프에 의해 수분을 공급하여 함수율을 조절하게 됨

1.2.5. 펠릿 생산(Round and Flat Die Pellet Mills)

○ 펠릿 생산에 필요한 펠릿 성형기는 일반적으로 평판 다이 방식과 원형 다이

방식이 사용되고 있으며, 평판다이 방식은 중소형 생산시설, 원형 다이 방식

은 대규모 펠릿 생산 시설에 사용됨

① 평판 다이 방식

- 구멍이 있는 평판에 롤러를 이용하여 재료를 밀어 밑으로 떨어뜨리는 방

식임

그림 4-7. 평판다이 펠릿 성형기

② 원형 다이 방식

- 반지 형태로 생긴 다이 안쪽에 롤러가 위치하여 다이를 미는 방식임

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그림 4-8. 원형 다이 펠릿 성형기

○ 펠릿 성형기에 사용되는 펠릿 다이는 구멍의 경사도 폭과 다이 재료 및 마무

리에 따라 탄소강 합금 다이, 스테인레스강 합금 다이, 고밀도 크롬 합금 다

이 등 여러 종류가 사용되고 있음

그림 4-9. 펠릿 CPM 성형기(독일 BAUST

목재소) 그림 4-10. 펠릿 다이

1.2.6. 부스러기 거르기(Removing Fines)

○ 원재료를 펠릿으로 성형하기 위해 압축 할 때 재료의 일정량이 성형과정에서

결합되지 않고 부스러기나 먼지를 발생하게 되는데, 이러한 부스러기 들은

품질 저하 뿐 아니라 펠릿 스토브와 보일러의 공급 시스템에 문제를 일으킬

수 있으므로 제거 공정이 필요함

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Removing Fines 공정

그림 4-11. 역류방식 냉각시설

그림 4-12. 버킷 엘리베이터

1.2.7. 냉각과정(Counter Flow Coolers)

○ 펠릿이 성형기에서 나왔을 때 부드러우며

내부 습기를 발생하게 되므로, 펠릿을 저장

하기 전에 냉각과 건조 과정이 필요하게 됨

1.2.8. 수송(Bucketer Flow Coolers)

○ 생산된 펠릿은 냉각 과정을 거친 후 또는

포장 및 저장 과정에서 수송되는데 달팽이

관 이송을 하게 되면 생산된 펠릿에 손상

을 주게 되므로 버킷 엘리베이터를 이용하

여 이송을 함

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1.2.9. 포장과 저장(Bags, Sack and Silos)

○ 펠릿 포장은 10∼20㎏단위의 플라스틱 포대로 포장되며, 고객들이 펠릿 스

토브나 보일러에 연료를 주입하기 위해 쉽게 옮길 수 있는 무게로 포장됨

자동 소포장 시설 포장용기의 공기제거

○ 펠릿이 습기에 노출되게 되면 펠릿 크기가 팽창하게 되고 기계적 강도가 떨

어져서 연료로서 사용할 수가 없게 되므로 습기로부터 보호할 수 있는 저장

이 필요함

펠릿 보관소

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2. 우드펠릿 생산의 경제성 분석

2.1. 펠릿 생산의 재무분석

○ 펠릿 생산의 경제성을 파악하기 위하여 다음과 같은 기준설비 시설용량을 가

정하여 재무분석을 실시하였음

- 펠릿 생산설비 시설용량은 2ton/hr, 연간 생산 가능한 펠릿량은 약 7,500톤

∼10,000톤이고, 60%∼80%의 기계 가동률9)을 적용

2.1.1. 펠릿 생산비용 산출

○ 펠릿 제조비용은 원료 구입비, 건조비, 인건비, 기계운전비, 건축물 및 생산

기계설비비 등 5가지 항목으로 구성

가. 원료구입비용

○ 원료구입비는 70,000원/톤으로 숲가꾸기 산물을 수집하여 펠릿 제조공장까

지 도착하는 가격임10)

○ 기계 가동률에 따른 펠릿 생산량은 약 7,500톤∼10,000톤이며, 이를 위해 필

요한 숲가꾸기 산물 수집량은 약 15,000톤∼20,000톤11)임

구분 규 격 기계 가동률펠릿

생산량(톤)

필요 산물

수집량(톤)금액(천원)

숲가꾸기

산물

함수율

60%

60% 7,490 14,980 1,048,600

70% 8,740 17,480 1,223,600

80% 9,980 19,960 1,397,200

표 4-1. 원료구입비용

9) 연 260일을 기준으로 기계운영상 부품교체 및 고장수리 등을 고려한 가동률임.

10) 전남 및 경기도 지역에서 목상에게 구입하는 가격의 평균가격(연구원 자체조�