장철수 석현덕 민경택 손철호 장우환 한상윤 2018-11-15T07:58:48Z 2018-11-15T07:58:48Z 2004-08 C2004-A3 http://repository.krei.re.kr/handle/2018.oak/14703 Ⅰ. 제 목 산림내 폐잔재의 현지 활용을 위한 한국형 조립식 탄화장치 기술개발 및 실용화 연구 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 1. 연구개발의 목적 ㅁ이 연구의 목적은 소경목 및 불량목 등 목재폐잔재가 발생하는 산지에서 이들을 활용하여 목탄ㆍ목초액을 생산할 수 있는 조립식 탄화로를 개발하고 실용화함으로써 목재자원 이용율을 제고하고 농가소득 증대 및 육림사업의 활성화에 기여하는 데 있음. 2. 연구개발의 필요성 ㅁ산림을 녹화하고 쓸모 있는 자원으로 가꾸기 위한 숲가꾸기 사업이 활성화됨에 따라 대량의 소경목 및 불량목 등 산지(임지)폐잔재가 발생하고 있으나 목재이용율도 낮고 수집?하산?운반 등에 고비용이 소요되며, 이를 활용할 수 있는 마땅한 대안도 없어 산림내에 그대로 방치되거나 폐기되고 있는 실정임. -산림내에 버려지고 있는 폐잔재는 산불, 병해충 등의 방제뿐만 아니라 각종 산림사업을 진행하는 데 장애요인으로 작용하고 있음. ○영림작업현장에 버려지고 있는 불량 산지폐잔재를 현장에서 이용, 고부가가치 제품인 목탄·목초액을 생산할 수 있다면 목재자원의 이용율을 제고시킬 뿐만 아니라 이는 농림가의 소득증대와 우리나라 임지를 보다 풍요롭고 쾌적한 산림공간으로 조성하는데 일조하게 될 것임. ○그러므로 산지에서 용이하게 설치·운영하고 해체하여 타 작업장에 이동·재조립함으로서 각 현장에서 발생되는 산지폐잔재를 가공하여 목탄과 목초액을 생산할 수 있는 이동식·조립식 탄화장치 개발 및 보급에 대한 연구가 필요한 시점임. Ⅲ. 연구개발 내용 및 범위 ㅁ이 연구는 총 3개년도(2001. 8～2004. 8. : 1차 2001.8～2002.8, 2차 2002.8～2003.8, 3차 2003.8～2004.8)에 걸쳐 연구가 진행되었으며, 각 연도별 전반적인 연구개발 내용과 범위는 다음과 같음. -1차 년도에는 산지폐잔재의 발생 및 이용실태, 한국형 조립식 탄화장치 사양안 도출, 산지폐잔재의 활용을 위한 법적 제도적 문제점 도출에 중점을 두었으며, -2차 년도에는 산지폐잔재의 해외이용실태, 이용형태별 부가가치, 한국형 조립식 탄화장치의 시제품제작 착수, 생산제품의 품질 수준, 탄화장치의 실용화를 위한 개선사항 등에 중점을 두었고, -3차 년도에는 이 연구의 마지막 년도로서 한국형 이동식 조립식 탄화장치의 개발, 탄화장치개발사업의 타당성 검토, 실용화를 위한 방향제시에 중점을 두고 진행하였음. ㅁ 연구 내용 및 범위 1. 산지폐잔재 발생현황과 이용 방안 및 부가가치 검토 · 산지폐잔재 국내 발생현황 및 이용실태 조사 · 산지폐잔재 국외 이용실태 조사 · 이용방안의 부가가치 검토 2. 한국형 조립식 탄화장치 개발 (무동력설비) · 적정규모의 설정 · 설비사양서 작성 · Pilot장치 제작 · 제작비 검토 · 모델안 제시 · Pilot장치활용 및 관리방안 제시 3. 생산제품의 품질수준 검토 · 제품의 품질수준 분석 및 검토 · 이용방안 연구 5. 탄화장치 개발의 타당성 분석 · 기술적 타당성 검토 · 경제적 타당성 검토 · 실용화 방안 제시 4. 실용화를 위한 제도적 문제점 및 개선사항 제시 · 수집·활용에 대한 제도적 문제 도출 · 제도적 개선사항 제시 Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의 ㅁ산지폐잔재는 숲가꾸기 사업 즉 간벌, 천연림보육과 같은 산림의 생장촉진을 위한 산림작업을 포함해 일반 목재벌채허가사업에 속하는 주벌, 간벌, 수종갱신 등의 산림사업에서 발생하며, 발생하는 산지폐잔재의 거의 대부분은 산림의 생장촉진을 위한 간벌, 천연림보육 등에서 발생하고 있음. ㅁ이 연구에서 대상으로 하는 산지폐잔재는 직경 6㎝이하의 어린나무, 가지, 간벌과 주벌재의 초두부와 가지 등과 중경재(흉고직경 20㎝이상)를 제외한 숲가꾸기 산물이며, 숲가꾸기 공공근로사업 현장조사결과 산지폐잔재는 ㏊당 24.7㎥정도에 달하는 것으로 추정되었고, 목재벌채허가사업에서 발생하는 산지폐잔재는 미활용율 즉, 1-조재율을 적용하여 추정하였음. ㅁ추정결과 1999년 산지폐잔재는 약 2,064천㎥이었으나 2003년에는 약 4,447천㎥에 달하는 것으로 나타났는데, 2001년까지는 숲가꾸기 공공근로사업에서 산지폐잔재가 가장 많았고 2002년에 이 사업이 종료되고 일반육림사업에 포함이 되면서 일반육림사업으로 진행된 간벌과 천연림보육사업에서 가장 많은 산지폐잔재가 발생하였음. - 2003년도에 4,223천㎥으로 전체 산지폐잔재의 약 95%가 일반육림사업에서 발생하였음 ㅁ산지폐잔재가 이와 같이 많이 발생하고 있으나 숲가꾸기 산물을 수집하고 활용하는 량은 극히 일부분인 것으로 나타났는데 2002년도의 경우 66천㎥의 산지폐잔재가 수집 및 활용되었으나 산지폐잔재의 추정발생량의 9.8%수준에 불과하며, 2003년도에 산지폐잔재를 일반 육림사업에서 수집 및 활용한 바 있는데 수량은 210천㎥으로 2002년도보다 늘어났으나 산지폐잔재의 추정발생량의 5%수준에 불과함 ㅁ산지폐잔재의 수집 및 활용은 '지속가능한 산림자원관리지침(산림청 훈령 제785호, 2004.2.12)'에 의거 숲가꾸기 사업 후 재해가 우려되는 지역에 대해 임도, 마을 등으로부터 30m내의 산물을 수집하고 활용할 수 있도록 보조하고 있는데(국고 50%, 지방비 40%, 자부담 10%) 인공림의 경우 ㏊당 710,571원, 천연림은 556,030원을 보조하고 있음. ㅁ산지폐잔재의 수집·활용상의 가장 큰 문제는 인력집재에 의한 수집비용과다인 것으로 나타났으며, 폐잔재의 용도개발 미흡, 수집 장비의 부족, 이용가능 자원의 부족, 제품시장의 미발달 등도 산지폐잔재를 수집·활용하는데 장애요인이 되고 있으며, -산림작업이 단지화되고 계획적으로 실행이 되어야 산지폐잔재의 수집·활용도가 높으나 산림작업이 이곳저곳 분산되어 있어 작업의 효율성, 시간과 노동효율성이 낮아질 수밖에 없고, -산지폐잔재를 수집·활용하기 위한 유인제도가 마련되어 있지 않는 등 여러 가지 요인들이 작용하는 것으로 나타났음. ㅁ산지폐잔재의 해외이용사례를 검토한 결과 목탄·목초액으로 많이 활용되고 있는 것으로 나타났고, 우리나라의 경우 친환경농산물생산자재로 등록이 되어 있으며, 농업용에서부터 산업용에 이르기 까지 다양한 분야에서 사용이 되고 있고, 일본의 경우는 '지력증진법'에 의해 목탄·목초액이 다양하게 사용이 되고 있음. -우리나라의 경우 생산업체는 60개소(2003.6)이며, 2002년 현재 목탄 14천톤, 목초액 14천톤 정도가 생산되어 연간 124%와 102%씩 증가하고 있고, 목탄의 대부분은 인도네시아, 말레이시아, 중국 등으로부터 수입에 의존하고 있으나 목초액은 국내생산에 의존하고 수입은 거의 없는 것으로 나타났음. ㅁ산림작업현장에서 이용 가능한 이동식 조립식 탄화장치(로)를 개발하기 위해 조립식 O자형 탄화로, 가반식 탄화로, 드럼통 탄화로, 원통형 이동로, 철판조립식 탄화로 등의 처리능력, 탄화시간, 생산제품의 품질, 산지에서의 조립가능성 등을 종합하여 검토한 결과 원통형 조립식 탄화장치가 적절한 것으로 나타났음. ㅁ원통형 조립식 탄화장치의 적정 규모는 3단 조립식으로 총중량은 400㎏, 탄화장치크기는 2.0m(지름)x2.4m(높이), 1Batch당 탄재량은 1,500㎏, 목탄 생산량은 300㎏, 목초액은 45ℓ, 탄화소요시간은 48～52시간, 장치의 수명은 5년으로 설정하였음. ㅁ이러한 조건을 고려하여 장치를 제작하면 1대당 표준원가는 19백만원(VAT제외)에 달하는 것으로 추정되었으며, Pilot장치를 제작하여 경북 성주에 있는 (주) 수촌임산에서 2004.3.19～5.30일까지 3회에 걸쳐 시운전을 하여 탄화조건 등 기술적 문제들을 검토하였고 생성된 제품인 목탄·목초액을 국립산림과학원에 품질 실험을 의뢰한 결과 적합판정을 받음으로써 기술적인 타당성이 있는 것으로 나타났음. ㅁ조립식 탄화장치의 수익성분석결과 1대를 설치하고 Batch를 100회(300일), 80회(240일), 70회(210일)로 하면 어느 경우에서도 B/C율은 1보다 큰 것으로 나타났으나 수익이 발생하는 시점이 100회와 80회의 경우 모두 4년이고 70회는 5년부터 발생하고 있고, 발생하는 수익액이 작아 1대만을 가지고 사업을 하기에는 어렵기 때문에 최소 2대를 운영하는 것이 필요함. -따라서 1대를 가지고 부업으로 또는 자가용으로 사용할 경우 이에 대한 정부의 정책적 지원이 필요하다고 할 수 있다. ㅁ산지폐잔재를 활용한 조립식 탄화장치의 실용화를 위해서는 먼저 산지폐잔재를 수집·활용하기 위한 시스템의 개선이 필요함 -전문가 조사결과 임도변까지 반출비용과 수집기계장비에 대한 국고보조가 필요한 것으로 나타났으며, 국유림의 경우 수집된 산지폐잔재를 지역주민이 활용할 수 있도록 무상으로 제공하는 것이 필요한 것으로 나타났음 -인력에 의존한 산림작업은 효율성이 떨어지고 전간재나 전목집재가 사실상 불가능함으로 기계화를 통한 작업방식을 도입하여 산림작업의 효율성을 높이는 등 기계화작업으로 산림작업방식을 개선할 필요가 있음 -현재와 같이 산림작업이 동일한 시, 군내에서도 이곳저곳 분산되어 있는 경우 기계화작업의 효율성을 가져오기 어렵고 시간과 인력의 낭비를 초래함으로 계획적이고 안정적인 량이 공급될 수 있도록 산림작업의 집단화가 필요함. -현행 국고보조대상사업은 숲가꾸기 사업에 한정되어 있고, 작업후 재해가 우려되는 지역 즉, 임도, 마을 등으로부터 30m범위내에서 산물을 수집하도록 되어 있는 현행시스템을 사업의 범위를 일반 간벌, 주벌, 수종갱신 등으로 확대하고 수집범위도 기계화집재가 가능한 범위(일본의 경우200m)까지 확대하면서 산물의 활용용도범위를 톱밥, 칩에 목탄·목초액을 포함하는 것이 필요함 ㅁ조립식탄화장치의 실용화를 위해서는 중장기적으로는 환경농업과 연계한 지역적 활용시스템의 구축이 필요함 -댐 상류의 물 관리유역, 환경농업지역, 생태산촌 등 자연과 가까운 지역을 대상으로 산림작업에서 발생하는 모든 산물을 활용할 수 있도록 산주와 지역주민간에 계약을 체결하고, 산물의 활용범위를 목탄·목초액, 칩, 톱밥, 기타 에너지원 등 다양하게 하여 지역내에서 자원순환이 이루어지도록 함 ㅁ조립식탄화장치를 부업적 또는 자가 활용이 용이하도록 함과 동시에 산물인 목탄·목초액의 이용활성화에 대한 제도개선이 필요함 -조립식탄화장치의 이동성, 작업의 편의성 등 여러 가지 장점을 가지고 있어 부업으로나 자가 활용을 위해 기계구입을 하여 사용하고자 하는 경우 내구연한이 5년이고, Batch수를 100(300일)으로 할 경우 4년부터 순수익이 발생하고 있는 점을 고려하여 현행 정책금융 이율 4%에 3년 거치 2년 상환(5년)하는 융자방식으로 정책적 지원이 필요함 -생성물인 목탄·목초액의 품질이 고정식탄화공장에서 생산한 제품과 질적 차이가 없으므로 환경농자재로 사용하고자 하는 경우 조립식탄화장치에 의해 생산된 목탄·목초액제품도 지원할 수 있도록 제도개선이 필요함 -2004.7.1일부터 목탄·목초액 품질인증제가 실시되고 있으나 조립식 탄화장치에 대한 품질인증제도는 마련되어 있지 않으므로 중장기적으로 이들 장치에 의해 생산된 제품도 품질인증을 받을 수 있도록 제도를 개선할 필요가 있으며, 또한 새로운 수요개발과 함께 이에 대한 연구지원이 확대되어야 함 1. Title A study in technical development and practical use of Korean-type mobile carbonization apparatus for the field utilization of logging residues 2. Results and Suggestions 1)This study was designed to develop and make practical application of a mobile carbonization apparatus, which are able to make wood charcoals and pyroligneous liquid at the logging field with debris. This will increase the coefficient of wood resource utilization and the mountainous household income and contribute activation of forestation. 2)The target residues have diameters between 7 to 20㎝. Total volume of residues generated from thinning and natural forest tending was about 2,064 thousand ㎥ in 1999 and has presumably reached 4,447 thousand ㎥ in 2003. Only 5% of the volume, however, has been utilized during the last year. 3)High cost of extracting residues scattered in forest has been the major obstacle of using them. In addition residues are not used for various purposes, and the products markets have not developed. The main field of utilizing the residues is making wood charcoals and pyroligneous liquid, which are environmentally-friend inputs for agricultural products. 4)As of June 2003, 60 companies involved in making 14 thousand tons of wood charcoal and pyroligneous liquid and yearly increasing rates of each products are 124% and 102% respectively. 5)Cylindrical type is the proper type for the mobile carbonization apparatus, when important factors such as handling capacity, a carbonization time, quality of products and assembling ability are considered. It weighs 400kg, and a three-step fold-up equipment. The size of 2.0(diameter) by 2.4m(height) carbonization equipment requires 1,500kg wood debris per batch. A forty-eight to fifty-two carbonization time produces 300kg of wood charcoal and 45liters of pyroligneous liquid. The average life span of the apparatus is 5 years. 6)The earning rate against the equipment cost is 52.9% for 300 operation days with two apparatus and 57.3% for three. These figures indicate that it takes 2 years and 1.8 years to recover the equipment cost for two apparatus and for three apparatus, respectively. 7)To make practical application government aid is necessary for the apparatus and extracting residues. Timber harvest system should be mechanized to enhance the efficiency and the tree-length or the full tree, and the operation should be collectivized. 8)For the practical use of the apparatus it is also required to build a regional resource cycle of residues including an upper stream, environmental agriculture area, an ecological mountain village. 9)For a subsidiary work and self- utilization the aid from government is required. Since those wood charcoal and pyroligneous liquid have no qualitative differences with those produced from a fixed carbonization equipment, it is necessary to have certification of quality and to improve the granting system when the products are used for environmental inputs for farming. 제1장 서 론 제1절 연구의 필요성 및 목적 23 제2절 연구범위 및 방법 25 제3절 선행연구의 검토 27 제2장 산지폐잔재의 발생현황 및 수집·활용상의 문제점 제1절 우리나라 산림구조와 문제점 29 제2절 산지폐잔재의 종류 및 발생량 추정 32 제3절 산지폐잔재의 수집·활용실태 및 문제점 36 제3장 목탄·목초액의 생산 및 이용실태 제1절 산지폐잔재의 국내외 이용현황 46 제2절 국내 목탄·목초액의 생산 및 이용실태 47 제3절 일본의 목탄·목초액 이용실태 52 제4장 산지폐잔재의 활용을 위한 조립식 탄화장치의 개발 제1절 조립식 탄화장치의 적정모델과 규모 58 제2절 Pilot 장치설계, 제작 및 시운전 65 제3절 생산제품의 품질 및 Pilot 장치의 기술적 타당성 70 제5장 조립식 탄화장치의 기술개발에 대한 경제성평가 및 실용화방향 제1절 조립식 탄화장치의 수익성 분석 76 제2절 조립식 탄화장치의 실용화 방향 84 제6장 요약 및 결론 91 참고문헌 94 부 록 부록 1 목재의 품등구분 사례 97 부록 2 임목생산작업 공정 및 생산비(진안기계훈련원) 99 부록 3 Pilot 장치의 설계도면 102 부록 4 Pilot장치의 시운전 자료 108 부록 5 조립식 탄화장치의 운전 요령 119 부록 6 목탄·목초액의 규격과 품질 122 Ⅰ. Introduction 23 Ⅱ. Current Conditions and Problems of Extracting and Utilizing Logging Residues 29 Ⅲ. Production and Utilization of Wood Charcoal and Pyroligneous Liquid 46 Ⅳ. Development of Korean-type Mobile Carbonization Apparatus 58 Ⅴ.Strategies for Practical Use of Korean-type Mobile Carbonization Apparatus 76 Ⅵ. Abstract and Conclusions 91 References 94 Appendix 97 한국농촌경제연구원 산림내 폐잔재의 현지 활용을 위한 한국형 조립식 탄화장치 기술개발 및 실용화 연구 A Study in Technical Development and Practical Use of Korean-type Mobile Carbonization Apparatus for the Field Utilization of Logging Residues KREI 보고서 Chang, Cheolsu Seok, Hyundeok Min, Kyungtaek Shon, Cheolho Jang, Woowhan 폐잔재