산림자원 활용을 위한 현행 굴삭기집재 단목생산체계에서의 임목 및 부산물의 생산성 및 비용분석
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Abstract
The interest in renewable energy is increasing because of higher growth in global energy consumption and limited fossil fuel reserve. In Republic of Korea, the necessity of lignocellulosic biomass is increasing and research on utilization of logging residue is growing. , due to low economic efficiency, domestic logging residue is not being utilized, and many studies are being conducted to solve this issue. The final harvesting cost of timber and logging residue in the -to-length (CTL) system using the excavator investigated through field survey. roductivity and machine costs were calculated time and motion study methods and German forestry operation and machine board (Kuratorium für Waldarbeit und Forsttech nik e.V, KWF) analysis methods. The harvesting costs of timber and logging residue were calculated 43,968 KRW/ton, and 71,079 KRW/ton, respectively. This study helps to validate data on the economics of timber and logging residue in the existing CTL system using an excavator, and presents the feasibility of the supply and utilization of hole-tree system using high-performance forestry machines.
Keywords:
Logging residue, Excavator yarding, Cut-to-length(CTL) system, Timber harvesting system, Economic analysis키워드:
임목부산물, 굴삭기 집재, 단목생산체계, 임목생산체계, 경제성 분석1. 서 론
전 세계적으로 지속적인 에너지 소비량 증가와 환경오염문제는 신재생에너지의 필요성을 크게 부각시키고 있다. 이에 따라 국내의 목질계 바이오매스의 수요량도 커지고 있으며 공급량이 부족한 어려움을 겪고 있다.[1] 현재 국내에서는 이러한 어려움을 해결하기 위하여 1970년대 이후 치산녹화(治山綠化) 10개년 계획과 산림기본계획을 통하여 국토의 65% 이상이 산림으로 채워졌고, 이 중 벌기령(伐期齡)에 도달한 67% 이상 산림의 임목수확작업이 활발히 진행되고 있다.[2] 하지만 벌채되는 전체 임목재적 중 54%는 임목부산물로, 수집 및 이용가치가 낮아 경제성확보가 어려워 활용이 되지 못하고 있다.[3] 연간 버려지는 국내의 임목부산물 자원은 약 130만 ton/year(약 58.5만 toe/year)의 높은 경제적 가치를 지니고 있어 수집 및 이용방안에 대한 연구가 다방면에서 이루어지고 있다.[1] 특히, 임내에 잔재된 임목부산물은 산불발생 시 확산경로로 이용될 위험성까지 내재하고 있다.[4]
현재 국내의 집재방식은 임지 특성에 맞추어 대부분 그래플(Grapple)을 장착한 굴삭기로 임지사면을 이동하며 작업효율성을 향상시킬 수 있는 하향집재를 실시하고 있다.[5] 하지만 이러한 굴삭기집재방식은 임지훼손이 심각하고 급경사 임지에서의 작업은 안전 미확보문제가 있으며, 노동자의 기피현상과 고령화로 인력부족현상에 시달리고 있다.[2] 본 연구는 임목부산물의 효율적인 활용을 위하여 굴삭기집재 단목생산체계의 수확비용을 이용한 경제성 분석을 통하여 임목 및 부산물 이용의 고성능 임업기계의 활용과 보급의 타당성을 제시하고자 한다.
2. 연구 방법
2.1 연구대상지 개요
연구대상지는 Figure 1과 같이 연구대상지 경계, 지형도, 경사도 등을 나타낼 수 있고, 개요는 Table 1과 같으며, 경기도 이천시 호법면 매곡리 산 41번지 17임반 3소반(37° 11′ 35.92″ N,127° 23′ 20.98″ E)에 위치한 2.3ha의 임지에서 연구를 진행하였고 주요 수종 및 임상은 리기다소나무, 여타 소나무, 기타 참나무로서 혼효림이다. 경급은 평균 22cm이고 ha당 본수는 468본이며 본당 재적은 0.28m3이다. 집재방식은 굴삭기를 이용한 하향집재를 실시하였다.[6]
Reserch site outline
Research site
2.2 임목의 생산체계
임목의 생산체계는 전목, 전간, 단목의 생산체계로 분류할 수 있다. 전목생산체계는 임지에서 벌도 후 온전한 임목전체를 집재하여 집하장에서 조재작업을 진행하는 생산체계이고, 전간생산체계는 임지에서 임목을 벌도 후 초두부와 가지치기만 진행하고 장재형태로 임목을 집재하는 생산체계이며, 단목생산체계는 임지 내에서 벌도, 가지치기, 조재작업까지 진행 후 일정크기로 조재된 단목을 집재하는 생산체계이다.[6]
2.3 단목생산체계
단목생산체계는 벌도 및 조재작업, 집재작업, 소운반작업, 운송작업으로 구성되어 있으며, Figure 2를 통해 나타낼 수 있다. 벌도 및 조재작업은 체인톱(CS-2258, JONSRED, Sweden)을 이용하여 임지 내에서 벌도, 가지치기, 조재과정을 진행하며 작업자는 숙련자(벌도경력 15년 이상)를 대상으로 하였다. 집재작업은 5톤급 굴삭기(DX55, DOOSAN, Republic of Korea)에 우드그랩(Excavayor equipped with grapple)을 이용하여 하향집재를 하였고 소운반작업은 우드그랩과 임내차(MST800, MOROOKA, Japan)를 이용하여 진행하였다. 운송작업은 우드그랩과 25톤 트럭(TRAGO, HYUNDAI, Republic of Korea)을 이용하여 진행하였다.
Cut-to-length system
임목부산물의 생산체계는 수집작업, 소운반작업, 파쇄작업, 운송작업으로 이루어져 있으며 Figure 2를 통해 나타낼 수 있으며, 일반적으로 임목부산물의 집재작업은 단목집재를 할 때 동시에 이뤄지거나 단목집재가 종료된 후 시작한다(Figure 2). 임목부산물은 단목생산체계에서 임목을 벌도 및 조재과정에서 부가적으로 생산되므로 임목부산물 생산체계는 집재작업부터 공정이 시작된다. 집재작업과 소운반작업은 임목의 단목생산체계와 동일하게 이루어진다. 파쇄작업은 목재파쇄기 종류에 따라 차이가 있을 수 있으나 임업용트랙터 부착식 목재파쇄기(C645T, KESLA, FINLAND)를 이용하여 파쇄기에 부착된 그래플(Grapple)을 이용하여 파쇄작업이 진행된다. 운송작업은 파쇄작업에서 목재칩이 분출될 때 직접적으로 박스형 25톤 트럭에 적재 후 목적지까지 운송한다.
2.4 조사방법
모든 공정조사는 시간동작연구(Time and Motion Study)방법을 적용하였다. 각 공정별 작업시간은 초시계를 이용하여 측정하였다. 일일 작업시간은 근로기준법에 의거한 법정노동시간 8시간을 기준으로 하였고 임목의 경우 총 생산량은 운송작업이 종료된 후 운송장에서 측정한 값을 사용하였으며, 임목부산물의 경우 로드셀 저울을 이용하여 소운반 공정에서 임내차의 공차무게와 적재 시 무게를 이용하여 측정하였다. 표본 수 약 10개를 기준으로 평균치(Average of the weight of logging residue, AW)를 적용하였고 소운반 횟수(Number of minor transport, MN)를 곱하여 총 생산량(Total products, Tp)을 산출하였고 식 (1)을 이용하여 나타내어진다.
| (1) |
기계비용의 필요한 인자 중 유류소비량은 작업시작 전에 유류를 완전히 채운 후 작업이 종료될 때 다시 완전히 채우는 방식으로 유류소비량을 측정하였다. 그 외에 장비의 초기구입비용, 장비의 내구년수, 장비의 경제적수명, 실제 연간가동시간, 수리정비계수, 윤활유계수, 장비의 이자율 등을 포함하는 인자들은 관련문헌의 자료들을 이용하였다.
2.5 분석방법
단목생산체계에서 임목 및 부산물 수확작업의 비용산출은 하루의 모든 공정을 포함하는 전체작업시간(Scheduled Machine Hours, 이하 SMH)[7]을 기준으로 계산하였다. 수확비용은 생산성과 기계비용을 이용하여 분석되었다. 생산성(Productivity, P)은 각 공정별 총 생산량(Total production, Tp)과 소요된 시간(Operating time, Ot)을 사용하여 도출되며, 식 (2)를 통해 나타내어진다. 또한 기계비용은 독일 산림작업 임업기계위원회(Kuratorium für Waldarbeit und Forsttech nik e.V, KWF)에서 정한 기계비용분석법(이하 KWF분석법)을 이용하여 도출되었다. 이 방법은 기계의 가동시간에 따라 감가상각비를 다르게 적용하는 방법으로 기계를 운용하는데 소요되는 초기 구입비, 이자, 감가상각비, 등의 고정비와 수리정비비, 윤활유비, 유류비 등과 같은 운용비, 인건비 등을 포함하고 있으며 Table 2와 같이 나타내어진다.[7] 기계비용에서 유류비용은 2015년도 7월 이천지역 단가를 적용하였고 인건비는 2015년도 정부노임단가(특별인부 : 108,245KRW)를 적용하였으며 연간가동시간은 2,000hr를 적용하였다.
| (2) |
Machine cost using KWF methord[7]
Table 2에서 (P), (N), (H), (J), (r), (o), (j)는 각각 장비의 초기구입비용, 장비의 내구년수, 장비의 경제적수명, 실제 연간가동시간, 수리정비계수, 윤활유계수, 장비의 이자율이다. 각각의 인자들은 감가상각비, 이자비용, 수리유지비, 유류비용을 계산할 때 사용된다.[7] 이동비용은 실제 사용되고 있는 운송업체의 금액을 기준으로 적용하였다. 인건비는 고용노동부의 근로기준법에 따른 특수인부 인건비를 적용하였다.
수확비용(Harvesting cost, Hc, KRW/ton)은 앞서 구해진 기계비용(Machine cost, Mc, KRW/hr)과 생산성(Productivity, P, ton/hr)을 이용하여 산출되며 식 (3)을 통하여 나타낼 수 있다.[8,9]
| (3) |
단목생산체계의 임목 및 임목부산물 수확 시스템생산성(System productivity, S, ton/hr)은 각 공정별 생산성(Productivity, Pa, Pb, Pc, Pd...)을 이용하여 식 (4)를 통해 산출할 수 있다.
| (4) |
3. 결과 및 고찰
3.1 임목의 단목생산체계
단목생산체계에서 임목수확의 각 공정별 생산성은 Table 3과 같이 나타났다.
Productivity of timber in CTL system
Table 3의 벌도 및 조재작업에서는 평균임목중량이 나무 한 그루당 0.28ton이고 시간당 약 9본을 벌도하여 2.6 ton/hr의 생산성이 산출되었다. 집재작업에서는 총 작업량 290.8ton으로 전체작업일수는 5day가 소요되었으며 시간당 생산성이 7.3ton으로 산출되었다. 소운반 작업에서는 총 작업량 772.8ton으로 전체작업일수는 4.1day가 소요되었으며 시간당 생산성 23.4ton으로 산출되었다. 적재 및 운송작업에서는 총 작업량 772.8ton으로 전체작업일수는 6.3day로 소요되었으며 시간당 생산성 15.4ton으로 산출되었다. 이를 통해 시스템생산성은 1.34ton/hr로 산출되었다.
3.2 임목부산물의 단목생산체계
단목생산체계에서 임목부산물의 생산성은 다음 Table 5와 같이 나타났다.
Productivity of logging residue in CTL system
Table 5에서 집재작업은 총 작업량 86.44ton으로 전체작업일수는 2.5day, 투입 굴삭기 우드그랩은 2대로, 1대 기준 총 5일이 소요되었으며, 집재작업 시 임목과 부산물을 동시에 작업했다. 임목과 부산물의 작업비율은 임목 59.3%, 임목부산물 40.7%로, 생산성은 5.30ton/hr으로 산출되었다. 상차 및 소운반 작업에서는 총 작업량 86.44ton, 전체작업일수는 1day로 투입장비는 굴삭기 우드그랩 1대와 임내차 1대를 1조로 하여 2개조가 투입되었으며, 시간당 생산성은 5.40ton으로 산출되었다. 본 연구지에서 파쇄작업과 적재 및 운송은 실시하지 않았고 생산성과 기계비용에서 파쇄와 적재 및 운송작업은 참고문헌[10]을 사용하였다. 파쇄작업 시 목재 파쇄물은 파쇄와 동시에 박스형 25톤 트럭에 적재되므로 생산성은 파쇄작업과 동일한 것으로 판단된다.
3.3 임목 및 부산물의 단목생산체계
임목 및 임목부산물의 수확비용은 식 (3)을 이용하여 산출하였고 각 공정별로 산출된 수확비용을 합산하여 총 수확비용을 구하였다. 임목의 수확비용은 43,968KRW/ton, 임목부산물의 수확비용은 72,522KRW/ton으로 산출되었으며 다음 Table 7, 8과 같이 나타낼 수 있다.
Total harvesting costs of timber
2010년 북부지방산림청과 동화기업이 수행한 임지잔재 시범화 사업에서도 현행 굴삭기를 이용한 임목과 임목부산물의 수확비용에 관하여 연구를 진행하였다. 임목의 수확비용은 70,915KRW/ton, 임목부산물의 수확비용은 99,270 KRW/ton으로 산출되었으며 다음 Table 8과 같이 나타낼 수 있다.[11] 타 연구사업과 비교결과 북부지방산림청과 동화기업이 수행한 수확비용이 더 높은 것으로 나타났다. 비교분석을 위해 본 연구에서 사용된 유류가격을 2010년 타 연구사업 사업대상지의 유류단가로 적용하였다. 두 사업 모두 임목대비 임목부산물 수확비용이 26,825KRW/ton 및 28,355KRW/ton으로 높게 나타났다. 타 연구사업의 임목과 부산물 수확비용은 본 연구사업보다 각각 24,331 KRW/ton, 25,861KRW/ton으로 높게 나타났으나, 이는 연구대상지의 차이로 인한 임목구입비, 운반비용, 운재로 개설 작업비용의 차이로 판단된다. 타 연구사업의 임목수확에서 임목구입비, 운반비용, 운재로 개설 작업비용은 34,040 KRW/ton이며 임목부산물의 운반비용은 42,686KRW/ton으로, 본 연구보다 각각 16,698KRW/ton, 27,686KRW/ton 높게 나타났다. 하지만 본 연구에서는 공정분석으로 임목구입비용을 고려하지 않았다. 임목구입비용을 고려할 경우, 임목과 부산물 수확비용은 연구대상지의 차이로 인한 운반비의 차이로 타 연구사업이 비용이 높게 나타난 것으로 판단된다.
Total harvesting costs of logging residue
4. 결 론
본 연구는 경기도 이천시 호법면 매곡리 산41(17임반 3소반)에 위치한 약 7.2ha의 면적 중 2.3ha에서 실시되었다. 현재 우리나라에서 일반적으로 많이 사용되는 단목생산체계에서 임목 및 부산물의 생산성 및 수확비용에 관한 분석을 실시하였고, 추후 고성능임업기계에 관한 연구와 비교할 수 있는 검증자료로 활용할 수 있는 연구를 수행하였다. 단목생산체계에서 임목 및 부산물의 시스템생산성은 각각 1.34ton/hr, 1.65ton/hr으로 산출되었고 수확비용은 각각 43,968KRW/ton, 72,522KRW/ton으로 산출되었으며 임목부산물은 임지 내에 산재되어 있는 상태의 미 가공(Bulk)형태로 집하장에 집재를 하여 파쇄공정이 진행되었다. 임목부산물의 수확비용은 임목수확비용에 비해 28,554KRW/ton 가량 비용이 더 높은 것으로 나타났다. 또한 2010년 북부지방산림청과 동화기업이 수행한 임지잔재 시범화 사업과 비교결과 임목부산물 수확비용은 26,825 KRW/ton에서 28,335KRW/ton으로 비용이 높게 발생하는 것을 확인할 수 있다. 타 연구사업의 임목 및 부산물 수확비용은 본 연구사업보다 각각 24,331KRW/ton, 25,861 KRW/ton으로 높게 나타났다. 이는 연구대상지와 공정분석방법의 차이로 인한 임목구입비, 운반비, 운재로 개설 작업비의 미고려 및 비용 차이로 판단된다. 현재 임목부산물은 주로 에너지용 목질계 바이오매스로 사용된다. 그러나 임목부산물 특성상 임목에 비하여 재적은 현저히 작고 굴삭기 집재의 특성상 임목부산물을 산 정상에서부터 사면을 따라 굴리면서 하향집재를 하기 때문에 흙, 모래, 먼지 등과 같은 불순물이 다량 함유될 가능성이 높다. 목재칩을 대상으로 임목과 부산물을 비교 시 목재칩의 품질이 낮으며 수확비용이 약 28,000won/톤 높은 임목부산물은 경제성이 매우 낮은 것으로 판단된다. 이를 개선하기 위해서 임목과 부산물을 동시에 수확할 수 있는 전목생산체계와 작업자의 안전과 산림훼손방지를 위한 고성능 임업기계의 사용이 필요한 것으로 판단된다. 또한 국내임지에서 고성능 임업기계를 이용한 전목생산체계 연구와 비교를 통하여 임목부산물의 활용도와 경제성은 높아질 것으로 예상된다. 추후 각 생산체계를 통하여 생산된 목재칩의 품질비교 및 고성능 임업기계를 이용한 전목생산체계에서의 임목 및 부산물의 경제성 분석에 관한 연구가 진행되어질 필요가 있다.
Comparison of the harvesting cost and the results of other research projects[11] (Unit: KRW)
Acknowledgments
본 연구는 산림청(관리번호: S111414L090100)의 2015년 산림분야 연구개발사업 - ‘임목부산물 활용성 제고를 위한 저비용 생산･공급기술 개발’에 관한 연구의 일환으로 수행되었습니다.
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