국산 목재의 녹색 공급망 관리를 위한 온실가스 저감효과 최적화 모델 개발 = Development of an Optimization Model for Green Supply Chain Management of Domestic Wood to Maximize Greenhouse Gas Reduction Effects

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Forests and harvested wood products (HWPs) play a critical role in climate change mitigation by absorbing and storing carbon, as well as substituting for carbon-intensive materials. Accordingly, the forest sector is recognized as an important contributor to national greenhouse gas (GHG) reduction strategies and nationally determined contributions (NDC). However, the carbon sequestration potential of domestic forests is gradually declining, and the stable supply of HWPs remains constrained. Under these circumstances, enhancing the GHG reduction effects of the forest sector and improving the feasibility of achieving NDCs require the establishment of an integrated management system that links forests and HWPs.
In this context, this study aims to quantitatively assess the GHG reduction effects of forests and HWPs and to establish a Green Supply Chain Management (GSCM) framework that balances these effects. Through this approach, the study systematically analyzes carbon flows in forests and HWPs and seeks to suggest national-scale forest management and GSCM strategies that maximize GHG reduction effects in the forest sector from a medium- to long-term perspective.
To this end, the domestic wood supply chain was defined as forest establishment – forest growth and management – timber harvesting – timber distribution – HWP processing – HWP distribution – HWP use – HWP disposal. Life cycle assessment (LCA) was employed to quantify the GHG mitigation and emission contributions at each stage. Based on approximately 3 million m3 of domestic roundwood utilization in 2023, the analysis estimated a cumulative net GHG reduction of 100,701.07 tCO2eq. over a 100-year period. Forest carbon sequestration accounted for approximately 74% of the total effect, while storage and substitution effects associated with the use and recycling of HWPs were found to significantly enhance the cumulative reduction effects across the supply chain. Although cumulative reduction temporarily decreased following timber harvesting, the combined effects of forest regrowth through reforestation and storage and substitution effects from HWP utilization led to a recovery of cumulative reduction approximately 31 years after harvesting, followed by a continuous strengthening of reduction effects in the long term. In particular, expanding the share of long-lived wood products increased the 100-year cumulative net reduction effect by 5.42% and shortened the recovery period by approximately three years, demonstrating that the expansion of long-lived product use is an effective strategy for enhancing the climate change mitigation contribution of the domestic wood supply chain.
Based on these analytical results, an optimization model for the GSCM of domestic wood was developed to enhance GHG reduction effects in the forest sector at the national level. The model comprehensively accounts for GHG absorption, storage, substitution, and emissions occurring at each stage of the domestic wood supply chain and derives optimal management plans that maximize overall reduction effects. The model consists of an interface module for data collection and visualization of optimization results, a formulation module defining variables and equations, and an optimization module that searches for optimal solutions and derives decision-making alternatives based on linear programming. In the planning process, the model was designed to simultaneously reflect ecological, technological, and policy constraints, including current forest structure, changes in species composition and age-class distribution, HWP demand and regional processing capacity, and national GHG reduction targets. The optimization results provide detailed, region- and period-specific implementation plans for forest establishment, timber harvesting and distribution, and wood product production, along with associated changes in GHG reduction effects and forest structure. Through this model, forest establishment timing and species selection, timber harvesting and supply, and HWP utilization strategies can be systematically determined to maximize national GHG reduction effects.
Using the developed model, GHG reduction effects of afforestation and enhanced forest growth were analyzed. The results indicate that expanding forest area by 1ha annually through afforestation over a 100-year period yields a cumulative GHG reduction of 36,451tCO2eq., while improving the growth rate of afforested and regenerated stands by 1% results in an additional cumulative reduction of 9,231,645tCO2eq. over the same period. The analysis further confirms that simultaneously achieving the national forest-sector GHG reduction targets for 2030 and 2050 requires a combined strategy of afforestation expansion, enhanced forest growth, and increased timber harvesting. Specifically, approximately 8,000ha of new afforestation per year and a 40% improvement in forest growth are required, along with an average annual timber harvesting area of approximately 75,000ha during the initial five years. These findings suggest that the current forest structure and management intensity alone are insufficient to achieve the 2030 and 2050 national reduction targets concurrently. Meanwhile, the effects of these management strategies accumulate over time, leading to long-term improvements in overall GHG reduction performance and sustainability.
This study is significant in that it conceptualizes the domestic wood supply chain as an integrated system encompassing both forests and HWPs and presents a strategic GSCM framework applicable at the national scale. By integrating LCA-based quantitative analysis with optimization approach, this study comprehensively evaluates carbon flows across forests and HWPs and derives optimal reduction pathways that simultaneously consider policy objectives and ecological and technical constraints. In particular, the optimization model developed for GSCM of domestic wood functions as a decision-support tool that systematically evaluates and adjusts GHG reduction effects across all stages of the supply chain and can be applied to achieving national GHG reduction targets and formulating sustainable domestic wood utilization strategies. The results of this study provide a scientific basis and a systematic framework for GSCM of domestic wood, contributing to the formulation of national forest management and GHG reduction pathway addressing climate change.

국문 초록 (Abstract)

산림과 목재제품은 대기 중 온실가스를 흡수·저장하고 고탄소 자재를 대체함으로써 기후변화 대응에서 핵심적인 역할을 수행한다. 이에 따라 국가 온실가스 감축 목표(Nationally Determined Contributions, NDC)에서 산림부문의 기여는 중요한 요소로 인식되고 있다. 그러나 국내 산림의 탄소흡수 잠재력은 점차 감소하고 있으며, 국산 목재제품의 안정적 공급 기반 또한 제한적인 상황이다. 이러한 여건 속에서 산림부문의 온실가스 저감효과를 실질적으로 증진하고 국가 목표의 실현 가능성을 제고하기 위해서는 산림과 목재제품을 연계한 통합 관리 체계의 구축이 요구된다.
이에 본 연구는 산림과 목재제품 전반의 온실가스 저감효과를 정량적으로 평가하고, 이를 균형 있게 조정하기 위한 국산 목재의 녹색 공급망 관리(Green Supply Chain Management, GSCM) 체계를 구축하고자 하였다. 이를 통해 산림과 목재제품의 탄소흐름을 체계적으로 분석하고, 중장기적인 관점에서 산림부문의 온실가스 저감효과를 극대화할 수 있는 국가 산림경영 및 국산 목재 공급망 관리 전략을 제시하고자 하였다.
이를 위해 국산 목재 공급망을 ‘산림 조성 – 산림 생장 및 관리 – 목재 수확 – 목재 유통 – 목재제품 가공 – 목재제품 유통 – 목재제품 이용 – 목재제품 처리(폐기)’로 정의하고, 전과정평가(Life Cycle Assessment, LCA)를 기반으로 단계별 온실가스 저감 및 배출 기여도를 분석하였다. 2023년의 국산 원목 이용량 약 300만m3을 기준으로 공급망의 온실가스 저감효과를 평가한 결과, 100년간 총 10,070,107tCO2eq.의 순 저감효과가 발생하는 것으로 나타났다. 이 중 산림 조성과 재조림에 따른 산림 탄소 흡수가 전체 저감효과의 약 74%를 차지했으며, 목재제품 이용 및 재활용에 따른 저장·대체효과는 공급망 전반의 누적 저감효과를 유의하게 증대시키는 것으로 분석되었다. 비록 목재 수확 이후 단기적으로는 누적 저감량이 감소했으나, 재조림에 따른 산림 생장과 목재제품 활용에 따른 저장·대체효과가 결합되면서 수확 후 약 31년 차에 누적 저감량이 회복되었다. 장기적으로는 목재 수확·이용 시 온실가스 저감효과가 지속적으로 강화되는 양상을 보였다. 특히 국산 목재의 장수명 이용 비율을 20% 확대할 경우, 누적 저감량이 5.42% 증가하고 저감량 회복 시점이 약 3년 단축되어, 장수명 이용 확대가 공급망의 기후변화 완화 기여도를 높이는 효과적인 전략임을 확인하였다.
이러한 분석 결과를 바탕으로 국가 산림부문의 온실가스 저감효과를 높이기 위한 국산 목재의 녹색 공급망 관리 최적화 모델을 개발하였다. 본 모델은 국산 목재 공급망의 전 과정에서 발생하는 온실가스 흡수·저장·대체·배출을 종합적으로 고려하여 공급망의 온실가스 저감효과를 극대화하는 최적 관리 계획을 도출한다. 모델은 입력 자료 수집 및 결과 시각화를 담당하는 인터페이스 모듈, 변수 및 수식을 정의하는 수식화 모듈, 선형계획법을 기반으로 최적해를 탐색하고 의사결정 방안을 도출하는 최적화 모듈로 구성된다. 계획 수립 과정에서는 현재 산림 구조, 수종 및 영급별 분포 변화, 목재제품 수요 및 권역별 가공 능력, 국가 온실가스 감축 목표 등 생태적·기술적·정책적 제약을 동시에 반영할 수 있다. 최적화 결과는 분기별·권역별 산림 조성, 목재 수확 및 유통, 목재제품 생산 등의 구체적인 실행 계획과 이에 따른 온실가스 저감량 및 산림 구조의 변화 등이 제시된다. 이를 통해 국가 단위에서 온실가스 저감효과를 극대화하기 위한 산림 조성 시기와 수종, 목재 수확 및 공급 규모, 목재제품 이용 전략 등을 체계적으로 결정할 수 있도록 하였다. 정책적 의사결정 지원 도구로서의 활용도를 높이기 위해 국가 온실가스 인벤토리 산정 방식과의 정합성을 확보하고, 사용자 친화적인 형태로 모델을 구현하였다.
개발한 모델을 활용하여 산림부문 온실가스 저감효과 제고 전략으로서 신규 조림과 생장 증진의 효과를 분석하고, 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 국산 목재 공급망 관리 계획을 수립하였다. 분석 결과, 100년 동안 매년 1ha의 신규 조림을 지속적으로 시행할 경우 총 36,451tCO2eq.의 누적 온실가스 저감효과가 발생하는 것으로 분석되었다. 또한 신규 조림지 및 갱신 임분의 생장률이 1% 향상될 경우, 100년 동안 누적 9,231,645tCO2eq.의 추가 저감효과가 발생하는 것으로 나타났다. 한편, 2030·2050년의 국가 산림부문 온실가스 감축 목표를 동시에 달성하기 위해서는 신규 조림, 생장 증진, 목재 수확 확대 전략의 병행이 필요한 것으로 확인되었다. 이를 위해 연간 약 8,000ha 규모의 신규 조림과 40% 수준의 생장 증진이 요구되었으며, 초기 5년 동안은 연평균 약 75,000ha 규모의 목재 수확이 필요한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 현행 산림 구조와 경영 강도에서는 2030년과 2050년 국가 감축 목표를 동시에 달성하는 데 한계가 있음을 시사한다. 한편, 이러한 관리 전략들의 효과는 시간의 경과에 따라 누적되어 장기적으로 공급망 전반의 온실가스 저감효과 및 지속가능성을 제고하는 것으로 나타났다.
본 연구는 국산 목재 공급망을 산림과 목재제품을 아우르는 통합적인 시스템으로 인식하고, 국가 단위에서 적용 가능한 전략적 녹색 공급망 관리 체계를 제시했다는 점에서 의의를 갖는다. 전과정평가에 기반한 정량적 분석과 최적화 기법을 결합함으로써 산림과 목재제품의 탄소흐름을 종합적으로 평가하고, 정책적 목표와 생태·기술적 제약을 동시에 고려한 최적의 온실가스 감축 경로를 도출하였다. 특히 본 연구에서 개발한 국산 목재의 녹색 공급망 관리 최적화 모델은 산림 조성부터 목재제품 폐기까지 공급망 전 단계의 온실가스 저감효과를 체계적으로 평가하고 조정할 수 있는 의사결정 지원 도구로서, 국가 산림부문 온실가스 감축 목표 달성과 지속가능한 국산 목재 이용 전략 수립에 활용될 수 있다. 본 연구의 결과는 국산 목재의 녹색 공급망 관리를 위한 과학적 근거와 체계를 제공함으로써, 기후변화 대응을 위한 국가 산림경영 및 온실가스 감축 경로 수립에 실질적으로 기여할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅰ
• 목 차 ⅳ
• 표 목 차 ⅶ
• 그림목차 ⅹ
• 제 1 장 서론 1
• 1-1. 연구 배경 및 필요성 1
• 1-2. 연구 목적 4
• 1-3. 연구 체계 5
• 제 2 장 연구사 7
• 2-1. 목재 공급망의 환경영향 평가에 관한 연구 7
• 2-2. 목재의 녹색 공급망 관리 의사결정에 관한 연구 10
• 제 3 장 국산 목재 공급망의 환경영향 평가 12
• 3-1. 서론 12
• 3-2. 재료 및 방법 14
• 3-2-1. 국산 목재 공급망 정의 14
• 3-2-2. 온실가스 저감 및 배출 활동 분류 18
• 3-2-3. 활동별 환경영향 정량화 19
• 3-2-4. 국산 목재 공급망의 환경영향 평가 42
• 3-2-5. 국산 목재의 장수명 이용에 따른 환경영향 비교 45
• 3-3. 결과 및 고찰 47
• 3-3-1. 활동별 환경영향 47
• 3-3-2. 국산 목재 공급망의 환경영향 57
• 3-3-3. 국산 목재의 장수명 이용에 따른 환경영향 63
• 3-4. 결론 66
• 제 4 장 국산 목재의 녹색 공급망 관리 최적화 모델 개발 68
• 4-1. 서론 68
• 4-2. 모델 설계 70
• 4-2-1. 경영 문제 정의 70
• 4-2-2. 경영 문제 수식화 75
• 4-3. 모델 구현 93
• 4-3-1. 모델의 구조 93
• 4-3-2. 모델의 형태 및 이용 98
• 4-3-3. 모델 검증 101
• 4-4. 결론 103
• 제 5 장 국산 목재의 최적 녹색 공급망 관리 계획 수립 104
• 5-1. 서론 104
• 5-2. 재료 및 방법 106
• 5-2-1. 분석 환경 설정 106
• 5-2-2. 입력 자료 구축 107
• 5-2-3. 온실가스 저감효과 제고 전략 109
• 5-3. 결과 및 고찰 111
• 5-3-1. 모델 입력 자료 111
• 5-3-2. 신규 조림 및 생장 증진의 온실가스 저감효과 114
• 5-3-3. 국가 온실가스 감축 목표 달성 계획 116
• 5-4. 결론 124
• 제 6 장 종합결론 125
• 인용문헌 127
• 부록 Ⅰ. 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 권역별 산림 온실가스 저감량 변화 147
• 부록 Ⅱ. 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 권역별 목재제품 온실가스 저감량 변화 148
• 부록 Ⅲ. 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 권역별영급별 산림 면적 변화 149
• 부록 Ⅳ. 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 권역별영급별 목재 수확 면적 변화 150
• 부록 Ⅴ. 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 권역별수종별 목재 수확량 변화 151
• 부록 Ⅵ. 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 권역별 목재제품 생산량 변화 152
• 부록 Ⅶ. 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 권역 간 원재료 수송량 153
• Abstract 154