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인철 어
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1 목재공학 1) 42(3): 231~243, 2014 J. Korean Wood Sci. Technol. 42(3): 231~243, : /WOOD 인도네시아오일팜바이오매스잠재량평가 1 안병준 2 한규성 4 최돈하 3 조성택 2 이수민 2,5, Assessment of The Biomass Potential Recovered from Oil Palm Plantation and Crude Palm Oil Production in Indonesia 1 Byoung-Jun Ahn 2 Gyu-Seoung Han 4 Don-Ha Choi 3 Sung-Taig Cho 2 Soo-Min Lee 2,5, 요약 본연구에서는인도네시아오일팜재배및 CPO 생산공정으로부터발생되는바이오매스의에너지이용가능성을조사하기위하여오일팜플렌테이션에서발생하는바이오매스의잠재성을분석하였다. 인도네시아의오일팜재배면적은 2011 년 8.9 백만 ha 에달하고있으며, 2020 년까지 13 백만 ha 로확대될것으로예상된다. 본연구에서는 2011 년면적을기준으로하였으며, 바이오매스의분석은오일팜재배시에발생되는바이오매스와 CPO 생산공정중발생하는바이오매스부산물의양으로단계를구분하여연구를수행하였다. 그결과로 2011 년오일팜재배과정에서발생하는바이오매스는줄기, 가지, 뿌리를포함하여최소 3 백만 ton 에서최대 16 백만 ton 에이를것으로분석되었으며, CPO 제조공정에서는건조중량기준 49 백만 ton 이발생하는것으로분석되었다. 이것을건조기준고위발열량으로환산을할경우, 593 천 TOE 에서 3,197 천 TOE 의에너지가발생하며, CPO 제조공정중발생하는바이오매스는건조중량기준 48,914 천 ton 이발생하는것으로추정되며, 바이오매스부산물의에너지량은고위발열량기준 22,722 천 TOE, 저위발열량기준으로 16,330 천 TOE 가발생하는것으로추정되었다. 따라서, 2011 년인도네시아의오일팜재배와 CPO 생산으로부터고위발열량기준으로 25,919 천 TOE 의오일팜바이오매스부산물이발생한것으로분석되었다. ABSTRACT In this study, the potential of biomass, which is generated from oil palm cultivation and crude palm oil (CPO) production of Indonesia was assessed in the aspect of energy content. The types of oil palm biomass were classified on the basis of the cultivation stage and the CPO production stage. In the cultivation stage, biomass is considered to be 1 Date Received January 16, 2014 Date Accepted February 11, 국립산림과학원임산공학부화학미생물과. Division of Wood Chemistry & Microbiology, Department of Forest Products, Korea Forest Research Institute, Seoul , Korea 3 국립산림과학원임산공학부재료공학과. Division of Wood Engineering, Department of Forest Products, Korea Forest Research Institute, Seoul , Korea 4 충북대학교농업생명환경대학목재종이과학과. Department of Wood and Paper Science. College of Agriculture, Life & Environments Sciences. Chungbuk National University. Cheongju , Korea 5 국제임업연구센터. Forests and Environment Programme, Center for International Forestry Research, Bogor 16115, Indonesia 교신저자 (corresponding author) : 이수민 ( S.Lee2@cgiar.org)

2 안병준 한규성 최돈하 조성택 이수민 produced from its root, trunk and frond. Other possible biomass resources such as empty fruit bunch (EFB), palm kernel shell (PKS) and fiber were included in the CPO production stage. As results, total biomass from damaged plantation area of Indonesia was estimated to be annually from 3 million to 16 million tons in From CPO mills, approximately 49 million tons/yr of biomass residues were estimated to be annually occurred. Their total energy content from each biomass source in cultivation stage was analyzed to be from 593,000 to 3,197,000 TOEs in terms of gross calorific value. In the case of CPO mills, around 22.7 million TOEs was estimated to be potential energy producible by biomass based on gross calorific value of dry basis. If moisture content considered, net calorific value was analyzed to be decreased to 16.3 million TOEs. Based on the results, the total energy contents of all oil palm biomass were estimated to be up to 25,919,000 TOE in terms of gross calorific value. CPO : Crude Palm Oil, EFB : Empty Fruit Bunch, FFB: Fresh Fruit Bunch, PKS : Palm Kernel Shell, OPF : Oil Palm Frond, PKOC : Palm Kernel Oil Cake, ISPO : Indonesia Sustainable Palm Oil Commission, TOE : Tone of Oil Equivalent Keywords : Oil palm, biomass, empty fruit bunch, palm kernel shell, bioenergy, crude palm oil 1. 서론 기후변화로인한재생에너지이용은국제사회에서매우중요한화제가되고있다. 화석연료사용의감축과재생에너지이용증대를통해온실가스배출을저감하는것은국제사회가진지하게고민하고있는주제이다. 이러한온실가스배출감축과관련하여선도적으로목표량을제시한것은유럽연합으로 2009년유럽의회에서발표된재생에너지이용촉진에관한법 (Renewable Energy Directive) 에서 2020년까지재생에너지보급량을유럽에너지공급량의 20% 까지확대하는것을명시하였다 (EC 2009). 우리나라도 2008년국가신 재생에너지기본계획을발표하며, 2030년까지신 재생에너지보급비율을국가 1차에너지공급량에 11% 까지확대한다는계획을발표하여추진중에있다. 다양한종류의바이오매스자원을대상으로발굴또는활용가능성에대한지속적인검토가이루어지고있는가운데, 바이오디젤등으로의공급가능성때문에오일팜에대한관심이증가하고있다. 오일팜 (Elaeis guneensis) 은다년생작물로 25년생의경우높이가 10 m에달한다. 오일팜열매 (FFB) 는유지성분이많이포함되어있어식용유의주원료로사용되며, 세계식용유시장의약 30% 가팜오일로충당되고있다 (Corley 2009). 또한축산 사료나비누 세제를제조하기위한원료로도사용된다 (Corley et al. 1971; Prasertsan and Prasertsan 1996). 최근들어바이오에너지에대한관심이증대됨에따라, 팜오일이바이오디젤원료로서활용가능성이높다는측면에서크게주목을받고있으며 (Corley 2009; Shuit et al. 2009; Sulaiman et al. 2011; Chiew and Shimada 2013), 이러한국제적인동향에따라오일팜재배면적은전세계적으로증가하고있는추세이다. 한국에서도오일팜부산물에대한이용연구가대학교및연구기관을중심으로일부진행중에있다 (Sung et al. 2013). 이러한시장확대는인도네시아에서오일팜이산업적으로중요하게인식되도록하였으며, 인도네시아정부가정책적으로지원하고있는중요작물이다 (Dermawan et al. 2011). 인도네시아의국토면적은약 190 백만 ha 로우리나라 ( 약 9.9 백만 ha) 와비교하여약 20배가량넓고, 오일팜재배면적은 2011년기준으로인도네시아국토면적의 4.7% 에해당하며, 오일팜재배면적은우리나라국토면적에근접한다. 한편, 인도네시아정부는 2020년까지오일팜재배면적을 13 백만 ha로확대한다는계획을발표한바있다 (Dermawan et al. 2011). 오일팜바이오매스의에너지이용활성화를통한국가신재생에너지보급확대와온실가스배출저감에기여라는거시적측면에서의접근을바탕으로, 본

3 인도네시아오일팜바이오매스잠재량평가 의공정으로나누었으며, 각단계별로생산가능한바이오매스의종류및특성을문헌자료를바탕으로비교하였다 오일팜바이오매스의에너지특성분석 Fig. 1. Oil palm plantation area of Indonesia from 2003 to 연구에서는향후국내오일팜바이오매스관련연구에기초자료를제공하기위해인도네시아의오일팜재배와 CPO 생산공정을기준으로이용가능한바이오매스부산물의양을추정하고바이오매스에너지자원으로서의기대효과를분석하였다. 2. 연구수행방법 2.1. 인도네시아오일팜플랜테이션산업현황및관련정책분석 인도네시아의주요오일팜플랜테이션현황을논문과면담수집자료를기준으로분석하였다. 면담에사용된자료에서는객관화가가능한자료를이용하였다. 주요분석항목으로는인도네시아전체오일팜플랜테이션면적변화및단위면적당오일팜생산량, 바이오매스존재량등을항목으로선정하였다. 더불어, 인도네시아에서의오일팜플랜테이션관련정책을바탕으로향후오일팜플랜테이션면적등을분석하였다 오일팜재배및 CPO 생산공정바이오매스발생량추정 바이오매스발생량을추정하기위해오일팜플랜테이션의조림에서부터 FFB (Fresh Fruit Bunch) 생산및운반공정과 CPO 생산공정으로크게 2단계 남부발전에서수마트라등의인도네시아지역에서수집한오일팜관련바이오매스들의에너지특성분석자료를기반으로오일팜플랜테이션에서생산된주요바이오매스부산물들의에너지이용가능성을확인하는데적용하였다. 발열량, 회분, 원소분석, 무기물분석등을수행하였으며, 국립산림과학원의목재펠릿품질기준에서제시된시험방법에준하여측정하고 ISO 등의해외펠릿품질기준과비교하였다. 분석된결과는문헌자료와비교하였다 (KFRI 2009). 3. 결과및고찰 3.1. 세계팜오일시장현황 2012년세계오일팜시장의규모는연간 410억불규모로집계되고있다. 팜오일의국제가격동향은최근 5년동안 2011년 2월 1,250 USD/ton으로가장높았던반면, 2008년 11월에는 433 USD/ton 까지낮았던경우도있었으며, 2012년에는평균 760 USD/ton 에거래된것으로분석되었다 (Mundindex 2012). 미국농무성의통계자료에의하면, 2012년기준으로세계팜오일시장은 53.3 백만 ton 규모였으며, 이중 52.5% 인 28.0 백만 ton이인도네시아로부터공급되었다. 인도네시아는 2003년이후매년평균 10.6% 의 CPO 생산량이증가하였으며, 국내소비량도연간약 7.9% 증가하였으나, 세계적으로팜오일소비시장확대속도가인도네시아국내시장을앞서는것으로분석되었다 (Fig. 1)(Slette and Wiyono 2012). 2012년인도네시아에서생산된팜오일중 70% 인 19.6 백만 ton은해외로수출되었으며, 국내에서소비된양은 28% 인 7.8 백만 ton이었다. 팜오일의수입량을기준으로볼때, 주요소비국으로는

4 안병준 한규성 최돈하 조성택 이수민 Table 1. Regional area of oil palm and CPO production efficiency in Indonesia (2010) Regional Plantation CPO production Production Region Percentage Area (ha) Region Percentage ton ton/ha Riau 22 1,801,210 Riau 31 6,064, North Sumatra 13 1,057,769 North Sumatra 16 3,230, South Sumatra 9 737,191 West Sumatra 11 2,082, Central Kalimantan 14 1,085,158 Central Kalimantan 9 1,717, West Kalimantan 7 545,805 West Kalimantan 4 881, East Kalimantan 6 494,983 West Sumatra 4 852,042 - Jambi 6 494,078 Jambi 7 1,293, Others 23 1,820,238 Others 18 3,638, Fig. 2. CPO yield from oil palm plantation in Indonesia, 2003~2011. 인도 (8.0 백만 ton), 중국 (6.4 백만 ton), 유럽연합 (5.6 백만 ton) 순으로분석되었다 (Mundindex 2012) 인도네시아오일팜플랜테이션면적증가와 CPO 생산 단위면적당생산되는 CPO 양은민간기업부분에서는 ha 당 3.5 ton 전후인것으로판단되며, 소규모지역주민에의해생산되는오일팜의 CPO 생산효율이 2000년대초반약 2.5 ton에서점차증가하여 2011 년에는 3.4 ton까지증가한것으로분석되었다 (Fig. 2). 오일팜은식재후시간에따라구분된다. 이는오일팜의성장특성과관계가있다. 식재후팜열매수확이없는 4년미만의오일팜은미성숙재, 4년에서 25 년은성숙재, 25년이상인경우에는벌채후재식재된다. 기타피해로인하여더이상팜열매를생산하지못하는지역에서도벌기령에관계없이벌채후재식재되는단계가필요하다 (Corley et al. 1971; Somporn Pleanjai 2009; Singh et al. 2011; Aholoukpè et al. 2013). 인도네시아에서연간벌채가능한오일팜면적은대략 65 천 ha에서 85 천 ha 규모로보고되고있으나, 벌채가능면적은해마다여러가지요인으로인해큰편차를나타내고있다 (ISPO 2012). 인도네시아오일팜협회 (Indonesia Renewable Oil Palm Commission, ISPO) 의자료에따르면, 인도네시아오일팜재배면적은지속적으로증가하는것으로분석되었다 (ISPO 2012). 인도네시아는 2003년에서 2011년까지약 5 백만 ha에서 9 백만 ha로증가하였는데, 2011년기준으로인도네시아의오일팜재배면적은약 8.9 백만 ha로집계되었다 (Fig. 1). 최근팜오일가격이상대적으로안정화되어있음에도불구하고, 인도네시아정부가정책적으로오일팜재배면적을확대하고자하는배경에는바이오디젤과같은에너지수요가지속적으로증가할것이라는예상과관계가있는것으로판단된다. Table 1에서나타낸바와같이인도네시아의주요오일팜플렌테이션은수마트라와칼리만탄지역에대부분위치하고있다. 특히, 수마트라의리아우 (Riau) 지역과북수마트라지역은인도네시아전체

5 인도네시아오일팜바이오매스잠재량평가 Table 2. Oil palm biomass from plantation area Syahrinudin (In: Vlek PLG 2005) (Unit: ton/ha, wet basis) Age Belowground Aboveground Root Trunk base Trunk Frond Rachis Leaflet Others Total 이직접관리하는지역의오일팜생산효율은정부나개인이재배하는지역보다상대적으로높은것으로분석되었다 (Pehnelt and Vietze 2012)(Fig. 2). Fig. 3에서확인할수있는바와같이인도네시아에서연간생산하는 CPO는 2011년 25 백만 ton에이르렀으며, 2012년에는 28 백만 ton에달한것으로분석되었다 (Dermawan et al. 2011). 이러한생산량은인도네시아정부의정책적지원하에오일팜재배면적증가와더불어향후지속적으로증가할것으로예상된다. Fig. 3. CPO production of Indonesia from 2003 to 오일팜재배면적의 35% 를차지하며, CPO 생산량의 47% 를담당하는중심지역이다. 이지역에서 2010년 ha 당생산되는 CPO의양은리아우지역이 3.37 ton, 북수마트라는 3.05 ton이었다. 같은해중부칼리만탄지역의 1.58 ton이나서부칼리만탄지역의 1.62 ton과비교하면약 2배정도많은생산규모를나타냈다. 이와같은지역별생산량차이는토질이나기후, 오일팜재배지역조성시기, 재배방법등의차이에기인하는것으로판단된다. 따라서 FFB 생산량과 CPO 생산량을비교분석하는것이생산효율변화를이해하는데필요할것으로보인다. 인도네시아에서의오일팜재배농장의구성비율은크게지역주민들에의한재배와기업, 그리고정부가직접운영하는지역으로나뉜다. 2001년이후인도네시아정부가주도한오일팜재배면적에는변화가없으나, 지역주민에의한소규모재배와민간기업의재배면적은꾸준히증가하고있다. 한편기업 3.2. 오일팜줄기및가지생산량및에너지오일팜의단위면적 (ha) 당식재본수는식재환경등에따라다양하지만, 일반적으로 136본에서 148본정도인것으로보고되고있으며평균 140본정로도예상된다 (Schmidt 2007). 주요생산물인 FFB 생산량은지역등에따라약간의편차가있으나, 평균연간 20 ton/ha 정도인것으로분석되었다 (Corley et al. 1971; Schmidt. 2007; Sumathi et al. 2008; Somporn Pleanjai 2009; ISPO 2012; Kaewmai et al. 2012; Souza et al. 2012). 재배단계에서생성되는부산물중이용가능한자원으로는가지와줄기및뿌리로구분하여생각할수있다. Syahrinudin (2005) 에따르면, 30년생오일팜의경우뿌리를포함하여 ha 당약 187 ton의바이오매스가발생하는것으로분석되었다 (Table 2). 이중줄기가약 50.3% 인 94.3 ton/ha이발생하는것으로분석되었으며, 잎등을포함한가지부는약 16.4% 를차지하였다 (Syahrinudin In, Vlek PLG 2005). 수

6 안병준 한규성 최돈하 조성택 이수민 Table 3. The estimation of oil palm biomass potential from damaged plantation area in Indonesia Year Area (ha) Biomass (ton/ha, wet basis) 3 years 10 years 20 years 30 years ,889 2,621,115 8,312,679 10,634,238 14,004, ,586 2,295,510 7,280,046 9,313,212 12,264, ,751 2,231,285 7,076,361 9,052,642 11,921, ,730 2,405,550 7,629,030 9,759,660 12,852, ,744 2,931,040 9,295,584 11,891,648 15,660, ,603 2,681,105 8,502,933 10,877,626 14,324, ,317 2,986,095 9,470,187 12,115,014 15,954, ,414 2,674,490 8,481,954 10,850,788 14,289, ,330 3,021,550 9,582,630 12,258,860 16,143,710 Table 4. Major biomass by-products from CPO production Biomass type Percentage (wt%) Crude Palm Oil Palm Kernel Oil Palm Kernel Cake Empty Fruit Bunches Kernel Shell Fibers POME Ref Queiroz et al Schmidt Yusoff 명이다한오일팜재식재의경우에뿌리를모두제거한다면, 추가로 ha 당 52.4 ton의바이오매스를확보할수있는것으로분석되었다. 반면, Yusoff (2006) 는말레이시아의오일팜재배사례연구를통해건조된바이오매스무게를기준으로 ha 당 frond 가 10.4 ton, EFB가 1.6 ton 발생하며, 오일팜재식재시에 trunk가 75.5 ton, frond 등이 14.4 ton 발생하는것으로보고하였다 (Yusoff 2006). 이러한연구결과들의차이는장기적으로오일팜바이오매스활용정책수립에혼란을야기한다. 특히, 현재에도오일팜플렌테이션및 CPO 생산공정에서발생하는바이오매스중일부는 CPO 공정의에너지원및오일팜수율증대를위한퇴비등으로재활용되고있다. 따라서정확한오일팜바이오매스이용가능량의산정및경제성분석을위해국가차원에서체계적인통계자료를구축하는것이필요하다. 오일팜플랜테이션에서바이오매스가발생되는경우는오일팜이수명을다하여재식재되거나질병등으로인하여생산이제한되는경우를산정하였으며, Table 2에비추어발생최소량과최대량으로구분하였다. 재식재되는면적은인도네시아국가통계에서제시하는훼손된지역을기준으로하였으며, 이를기준으로인도네시아에서의바이오매스발생량을환산하였다 (Table 4). 산출결과에따르면, 2011년인도네시아에서훼손되어재식재되는면적은약 86 천 ha로추산되었으며, Table 2의기준을따라 3, 10, 20 그리고 30년생을기준으로발생량을산출하였다. 연간발생하는바이오매스가 3 백만 ton에서 16 백만 ton으로분석되어바이오매스자원으로서의가치가충분한것으로사료되며, 향후오일팜재배면적의확대에따른발생량증가가예상된다

7 인도네시아오일팜바이오매스잠재량평가 Fig. 4. Scheme of CPO production CPO 제조공정중발생하는바이오매스의분류 CPO 제조는농장으로부터 FFB를수령하면서시작된다. 일반적인공정을간단히설명하면, 무게측정, 멸균, 분리, 소화, 압착등을통해 CPO를제조한다 (Fig. 4). 이과정에서 CPO와함께 FFB로부터부산물이생산된다. Fig. 4에나타낸바와같이주요부산물로는 EFB, PKS, PKOC 및 POME 등이있다. CPO 제조공정에서생산되는부산물은모두화학적처리가되지않은바이오매스이다. CPO 제조공정중발생하는부산물의생산량에대하여바이오매스에너지자원으로서의가치평가가최근활발하게연구되기시작하였는데, Table 4와같이지역별및공정에따라유사한수준의발생량을보고하고있다 (Schmidt 2007; Queiroz et al. 2012). 이는 FFB로부터 CPO를생산하는공정관련기술이어느정도안정화되어있다는것으로분석된다. FFB 1 ton이 CPO 생산설비로반입되면, 우선오일팜열매로부 터외피를제거하는단계 (stripping) 가진행된다. 이단계에서 EFB가생산되는데 FFB 무게대비 22% 정도가발생한다. 외피로부터분리된오일팜열매는고압의수증기를이용한소화 (digestion) 단계를거친후압착을통해착유를한다. 압착후발생하는바이오매스중오일성분이남아있는부분은다시소화단계로돌아간다. 대부분은 PKS와섬유분리공정을통해바이오매스로배출된다. 이공정에서 PKS가 5% 그리고섬유가 FFB 무게대비 12% 발생하게된다. 재추출된오일함유바이오매스로부터 PKO가 1.5% 생산되며, 그부산물인 PKOC가 3.5% 생산된다. 압착, 세척, 멸균등에사용된물은 POME를구성하는데, 물을포함하여생성되는양이처리된 FFB 의 50~60% 에달하는것으로알려져있다. 결과적으로 CPO 생산공정에서최종생산된 CPO는생산설비에투입된 FFB 무게대비 20% 수준으로보고되고있다 (Table 4). 따라서, 수확된 FFB 무게중 20% 의 CPO를제외하고다양한형태의바이오매스로구성된나머지

8 안병준 한규성 최돈하 조성택 이수민 Table 5. Calorific values and moisture contents of oil palm biomass from CPO production Biomas type Palm Kernel Cake Empty Fruit Bunches Palm Kernel Shell Fibers Ref. Calorific value (MJ/kg, dry basis) Moisture contents (wt%) Chiew, Kaewami, % 는여전히이용가능한바이오매스자원으로분석된다. 특히이러한바이오매스는주기적인 FFB 수확과 CPO 생산설비의연중가동으로수급의안정성확보와더불어발생량예측이충분히가능하다는장점이있다 오일팜바이오매스의함수율변이와에너지특성 바이오매스는주요구성성분이셀룰로오스, 헤미셀룰로오스및리그닌이며, 중량의약 50% 가탄소로구성되어있다. 이는오일팜유래바이오매스에서도동일하게적용된다. 따라서오일팜농장및 CPO 생산과정에서발생하는다양한종류의오일팜바이오매스유래바이오매스도유사한발열량이있을것으로예상된다. CPO 공정에서발생하는오일팜바이오매스의주요에너지량은 Table 5에나타냈다. 분석결과에따르면공정중에발생하는바이오매스자원은수분함량에서크게차이가발생하는것을확인할수있다. 바이오매스의수분함량은에너지량에영향을미치는주요인자로서, 함수율변화는바이오매스의이용에큰영향을주게된다. Kaewmai 등 (2012) 에따르면, CPO 공정에서채취된바이오매스의생성원인에따라함수율은 7~80% 로변이가크다 (Table 5). 이는원료에따른공정차이와다량의증기처리로인하여원료의수분이증가하는것으로판단된다. 이와같이바이오매스가함유한수분의증가는바이오매스원료의열량을감소시키기때문에에너지자원으로활용하기위해서는건조공정이필수적이다. 이 러한바이오매스를건조하기위해서는다량의에너지를투입해야되기때문에개선된 CPO 공정설계가필요하다. 따라서바이오매스고유의고위발열량은바이오매스자원의이용가능성과경제성측면에서시사하는바가크다. 가장높은고위발열량은 PKS에서 20.1 MJ/kg으로산출되었다. 반면 EFB는 12.8 MJ/kg에서 18.8 MJ/kg으로처리및관리공정에따라발열량특성에영향을미치는것으로분석된다. 발생시점에서의함수율은착유후 PKO 생산공정을거친 PKOC에서함수율이 78.3% 으로가장높게나타났으며, 다음으로 EFB가 59.4% 에달하는것으로보고되었다 (Kaewmai et al. 2012). 이러한함수율변이는이용가능한바이오매스산출과에너지이용공정에도영향을미칠것으로사료된다 오일팜바이오매스의화학적특성일반적으로바이오매스의고위발열량은바이오매스의탄소, 수소, 산소함량과밀접한관계가있는것으로알려져있다 (Toscano et al. 2013). 오일팜바이오매스부산물이지니고있는화학적특성을일부연구결과와문헌조사를통하여분석하여 Table 6에나타내었다. 최근의관련연구결과를살펴보면, 탄소는 45.9~58.5% 까지구성하는것으로분석되었다. 반면수소는 4.8% 에서 12.6% 까지분포하고있으며, 산소는 22.5% 에서 50.2% 까지분포하고있어변이가큰것으로분석되었다. 국립산림과학원의분석결과에따르면, 오일팜바이오매스내연소특성에영향을주는황성분은 1.4%, 회분함량은 10.8% 인것으로분석되었다. 이러한연구결과간의변이는

9 인도네시아오일팜바이오매스잠재량평가 Table 6. Elemental analysis and ash content of oil palm biomass residues (Unit: wt%, dry basis) * Elements Palm Frond (Pellet) KFRI 1) EFB (Pellet) Na et al. (2013) Uemura et al. (2011) ISO DIS (2012) Mesocarp EFB Mesocarp PKS Min Max OPF Lu et al. (2012) Average (%) C H N O S ND * Ash ND : Not Determined 1) KFRI : Korea Forest Research Institute 바이오매스의활용에저해요인이된다. 따라서바이오매스자원의특성에맞는이용기술개발을유도하기위해서도관련기초자료의구축은필요한것으로판단된다. Table 6의결과에서도나타낸바와같이, 오일팜바이오매스부산물의황함량은연구결과에따라 0.03% 에서 0.31% 까지로변이가큰것으로나타났다. 이러한연구결과의차이는바이오매스의종류, 오일팜재배지역, 시료채취방법및일부실험오차등으로인하여발생할수있으나, 가장큰요인은오일팜재배농장및 CPO 생산설비에서발생하는바이오매스부산물에대한품질관리여부인것으로사료된다. 따라서향후고형바이오연료자원으로서오일팜바이오매스부산물을효율적으로활용하기위해서는자원발생현장에서제품에대해철저한품질관리가필요한것으로판단된다. 바이오매스연료의품질과관련하여황, 질소및염소등대기오염을유발하는유해물질의함량은엄격히제한되고있다. 이들은바이오매스연소중에황산화물과질소산화물의형태로대기중으로방출되며, 염소의경우에는바이오매스연소장비의부식을유발하여장비의내구성저하를유발하기도한다. 이러한연유로, 국내목재펠릿규격에서는황함량을 0.05% 미만으로제한하기때문에오일팜바이오매스를이용하여제조한펠릿은국내목재펠릿품질규 격을충족하지못할것으로판단된다 (KFRI 2009). 유럽연합의고형바이오연료품질기준에서는다양한종류의바이오매스에대한화학적특성의변이를구분하여품질을정의하고있으며, 이러한기초자료는특성이다른바이오매스를적합한용도로이용하도록구분하고있다 인도네시아의오일팜유래바이오매스잠재성과에너지추정 인도네시아의오일팜재배및 CPO 생산설비에서발생하는바이오매스의양과에너지잠재성을분석하였다. 오일팜재배기간동안발생하는바이오매스의발생량과에너지분석은발생량을발생부위에따라지하부, 가지그리고줄기로구분하였으며, 결과를 Table 7에나타냈다. 지하부는뿌리부위를나타내는것으로, 벌채후에오일팜을재식재하는경우에는뿌리를제거한후경지정리단계를수행하는것으로산정하였다. 연간바이오매스발생량은생육조건및벌채면적에따라매년달라질수있으나, 본연구에서는오일팜재배면적중훼손등으로인하여오일팜생산이어려운지역을대상으로하였다. 평균재식재및훼손면적에대한근거자료가없어 ISPO에서발표한 2011년훼손으로인한재식재대상면적을기준으로산정하였다. 실제오일

10 안병준 한규성 최돈하 조성택 이수민 Table 7. Estimation of oil palm biomass & energy equivalent from damaged plantation area of Indonesia in 2011 Production (ton/ha, wet basis) Wet basis Dry basis Calorific Energy 7) (ton/ha) MC 2) (ton/ha) Value 3) (TOE, dry basis) (%) (MJ/kg) Min 1) Max 1) Min Max Min Max Belowground 5) , ,017 Frond 6) , ,072 Trunk ,504 1,702,470 Total (TOE, dry basis) 593,236 3,197,559 1) Estimation from 3 years (Min) & 30 year (Max)-old oil palm Syahrinudin (In: Vlek PLG 2005). 2) Roughly assumed on the basis of common moisture content of fresh cut log 3) Source from Chiew et al (2008), belowground was estimated as same calorific value with trunk of oil palm. 4) 1 TOE = MJ 5) Belowground = root + trunk base 6) Frond = Frond base + Rachis + leaflet 7) Damaged area of oil palm plantation in 2011 was estimated to 86,330 ha based on ISPO report (2012) 팜플랜테이션에서의바이오매스발생량에대한체계적인통계자료가없는상황으로본연구에서는바이오매스발생량은 Syahrinudin (2005) 가수행했던연구결과인 3년생과 30년생오일팜에서발생되는바이오매스잠재량을기준으로최소와최대로구분하였다. 바이오매스의함수율은환경조건에따라상이하지만, 채취후대기조건에서오일팜바이오매스함수율관련자료가구축되어있지않아일반적으로인식되는벌채직후의함수율 50% 로가정하였다. 오일팜바이오매스의종류에따른단위발열량은다른연구자들의문헌자료를준용하였다 (Yusoff 2006; Schmidt 2007; Shuit et al. 2009; Abnisa et al. 2011; Uemura et al. 2011; Na et al. 2013). 따라서, 건조기준오일팜바이오매스의발생량및에너지량산정과관련된부분은심도있는연구가필요하다. 2011년인도네시아에서발생한오일팜바이오매스부산물의에너지량은고위발열량으로산정시최소 593 천 TOE에서 3,197 천 TOE에달하는것으로분석되었다 (Table 7). 그러나수분함량을고려한저위발열량산정이아니기때문에에너지이용설비에서공정관리에따라최대및최소에너지잠재성은차이가발생할것이예상된다. CPO 생산공정에서발생하는바이오매스와에너지잠재성은 2011년인도네시아 FFB 생산량을기준으로분석하였다. Sulaiman 등 (2011) 은 CPO 생산공정중발생하는바이오매스부산물을 FFB 건조단위무게당 EFB 14.6%, Fiber 15.4%, PKS 10.4% 그리고, PKOC 11.4% 인것으로보고하였으며, 본연구에서는이를준용하였다. 2011년을기준으로인도네시아에서는 EFB 13,787 천 ton, Fiber 14,542 천 ton, PKS 9,821 천 ton, PKOC가 10,765 천 ton 발생한것으로분석되었다 (Table 8). 이들을합산하면 48,914 천 ton에달하며, 산술적으로앞서 Table 3에서제시된바와같이 2011년기준으로인도네시아훼손지에식재된오일팜재배지역중 30년생오일팜바이오매스발생추정량의 3배에해당하는양으로추정된다. 오일팜바이오매스의고위발열량을기준으로발생하는총에너지량은 22,722 천 TOE로추정되며, 저위발열량기준으로 16,330 천 TOE가발생하는것으로분석되었다. 오일팜바이오매스종류에따른생산량은 Fiber와 EFB 순으로분석되었으나, 저위발열량기준바이오매스에너지은 PKOC와 PKS가전체이용가능한바이오매스에너지량의 50% 이상을구성하고있는것으로분석된다

11 인도네시아오일팜바이오매스잠재량평가 Table 8. Estimation of energy contents from oil palm biomass residues during CPO production in 2011 Biomass Type 5) 1) Proportion (wt% of FFB, dry basis) Biomass 2) (ton/yr, dry basis) Gross calorific value 3) (MJ/kg) Energy Contents of Oil Palm Biomass Residues (TOE/yr, dry basis) Net calorific value 4) (MJ/kg) Total Net Energy (TOE/yr, wet basis) FFB - 94,429, EFB ,786, ,194, ,636,006 Fiber ,542, ,638, ,935,288 PKS ,820, ,717, ,896,233 PKOC ,764, ,171, ,862,618 Total - 48,914,237-22,722,006-16,330,144 1) Sulaiman et al ) Estimated on the basis of Sulaiman et al and ISPO ) From Table 5. 4) Kaewmai et al and Sumathi et al ) FFB (Fresh Fruit Bunch), EFB (Empty Fruit Bunch), PKS (Palm Kernel Shell), PKOC (Palm Kernel Oil Cake) 4. 결론 본연구에서는오일팜재배와 CPO 생산량을기준으로인도네시아에서발생하는오일팜바이오매스잠재성을추정하였다. 오일팜재배기간동안에오일팜의가지, 줄기, 뿌리로부터 2011년기준으로약 3.0 백만 ton에서 16.1 백만 ton의바이오매스발생이추정되며, 함수율을제외한에너지량은 593 천 TOE에서 3,197 천 TOE로추정되었다. CPO 제조공정에서는 FFB로부터건조중량기준 48,914 천 ton 이발생하는것으로추정되며, 에너지량은고위발열량기준 22,722 천 TOE로저위발열량기준으로 16,330 천 TOE가발생하는것으로추정되었다. 따라서고위발열량기준으로 25,919 천 TOE의에너지가 2011년기준의오일팜바이오매스부산물이용생산가능한것으로분석되었다. 이러한에너지양은 2011년우리나라 1차에너지소비량인 275,688 천 TOE의 9.4% 에해당하는양이며, 같은해신재생에너지총공급량인 7,582 천 TOE의 36배에달하는양이다 (KEEI 2012). 또한인도네시아의오일팜재배면적확대는바이오매스의에너지자원으로서의 가능성을확대하는역할을하고있다. 오일팜플렌테이션및 CPO 생산공정에서발생하는바이오매스는함수율, 화학조성등물리 화학적으로다양성이큰것으로분석되었다. 이와같이다양한특성을지닌바이오매스의효율적활용을위해서는바이오매스의특성에맞춘공정최적화기술개발연구가지속적으로수행되어야할것으로사료된다. 사사 본연구는산림청임업기술개발의지원을받아수행되었습니다. REFERENCES Abnisa, F., Daud W.M.A.W., Husin, W.N.W., Sahu, J.N Utilization possibilities of palm shell as a source of biomass energy in Malaysia by producing bio-oil in pyrolysis process. Biomass and Bioenergy 35(5): 1863~

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03-서연옥.hwp 농업생명과학연구 49(4) pp.31-37 Journal of Agriculture & Life Science 49(4) pp.31-37 Print ISSN 1598-5504 Online ISSN 2383-8272 http://dx.doi.org/10.14397/jals.2015.49.4.31 국가산림자원조사 자료를 적용한 충남지역 사유림경영율 추정 서연옥