Author: acl

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Honda and Volkswagen have fired the opening salvos in a gearbox war which aims to restore the customer appeal of dual clutch transmissions. This move is especially timely in North America, where a new generation of super-smooth eight- and nine-speed planetary units from suppliers such as ZF have eroded the perceived advantages of DCTs in terms of sophisticated shifting. DCTs have also suffered from bad press and negative customer feedback, with drivers accustomed to silky-smooth torque converter automatics complaining that DCTs are unacceptably jerky in low-speed maneuvering and slow off the line when accelerating from rest.

Volkswagen, with less of a strict focus on the North American market, has chosen to stay with its established dual wet clutch formula and add a further three speeds to its DQ500 DCT to bring the total ratio count to ten — the first production passenger car transmission of any kind to feature so many ratios. Cleverly, the new DQ511 retains the same dimensions and practically the same weight as its seven-speed companion — essential if it is to fit into VW’s modular component matrix — and, remarkably, the extra ratios have been achieved without having to increase the number of gear pairs.

“Reversing the power flow within the gearbox was enabled without additional pairs of gearwheels by employing an entirely new shifting strategy and adding two shifting elements and a reversing wheel,” says VW’s briefing. “This enables the implementation of ten progressively stepped gears.”

Volkswagen group’s ten-speed DCT is an enhancement of the seven-speed unit, also handling 550 Nm torque.

Significantly, in view of Honda’s similar comments on DCT launch performance, VW has taken the opportunity to make the first three gears low (short) to further improve drive-off, and the “finely graduated” steps right up to ninth gear enable efficiency gains. Tenth is a long gear, significantly reducing rpm and thus CO2 emissions during cruise. VW also points to the possibility of gears for special functions, such as an ultra-low crawler ratio for off-road work, or a special super-overdrive.

Like Honda, VW has developed a special oil for this transmission, and special coatings on the gearwheels and low-friction bearings help further improve efficiency. As with all of VW’s latest DCTs, the DQ511 is equipped to permit engine-off coasting, fully decoupling the engine.

Honda brings the torque converter to DCTs

The six engineers authoring Honda’s technical paper on the new eight-speed DCT list sporty driving feel, top-level fuel economy and compatibility of installation as the principal priorities in the design of their new transmission. Among the positive points about current DCTs, they cite “the balance of environmental performance with the elements that make driving fun,” but acknowledge the problems of clutch-based systems in standing starts and low-speed jerkiness, a very sensitive point in the US.

The addition of a torque converter, says Honda, will “achieve a balance between product appeal for standing starts and a sporty gearshift feeling in a midsize vehicle.” The three-shaft design places the slim torque converter at the inner end, with the even and odd clutches alongside one another at the opposite (outer) side of the transmission at the end of the main and secondary shafts, respectively. Honda wanted to avoid the larger-diameter concentric clutches of most competitor transmissions, but found it necessary to devise a twin torsional damper to iron out engine speed fluctuations and the gear rattle they were found to cause.

The eight-speed Honda DCT has a novel layout, with slim torque converter next to the engine and twin shifting clutches at the opposite end of the shafts .

The twin clutches could be kept small and low in inertia, explains Honda, thanks to new friction materials and a specially-developed DCT fluid giving a 30 percent improvement in static friction. The fluid benefits from new friction modifiers tuned for the characteristics of the wet clutches, and a sulfur EP additive helps to protect the gears. With a low molecular weight VI improver, the fluid’s viscosity has been kept low in the interest of reducing agitation resistance, with a kinematic viscosity of 5.5 mm2/s at 100°C. “This places the fluid at the top level for DCT-compatible fluids,” say the Honda engineers.

Gear selector operation is hydraulic, though Honda does not explain whether the torque converter lock-up clutch is released during gearshifts to bring the torque converter into play. Yet, the influence of the torque converter in improving launch performance is clear: the zero to 100 km/h acceleration performance is trimmed by 1.3 seconds and the time to peak acceleration — which translates into the off-the-line responsiveness that the customer feels – is reduced by a full second, compared with other companies’ DCTs.

Torque converters are often associated with a penalty in efficiency, but again Honda claims a 28 percent reduction in friction torque compared with the outgoing five-speed AT. This is shown in an 8 percent improvement in fuel efficiency in the US combined cycle.

In June 2013, we reported on a GM study for a torque converter-equipped seven-speed DCT, presented at the SAE of that year. The GM paper suggested that “extreme” final drive ratios could be made possible through the smoothing effect of the torque converter, and that fuel consumption could, in some cases, be better than that of a dual dry clutch unit. “The DCTC concept or use of a torque converter with shifting clutches internal to the transmission structure has the potential to be an enabler for DCT technology to achieve improved fuel economy and drive quality,” concluded the GM paper, though it is not known whether the company plans to pursue the idea further.

일본의 기술함정에서 살아나는 법(하이브리드 신화에서 깨어나라)

일본의 기술함정에서 살아나는 법

– 하이브리드 신화에서 깨어나라 –

이태왕 아이치대학 교수

최근 일본 자동차시장의 소비구조에 기현상이 나타내고 있다. 660㏄급 경차의 신차 판매가 승용차 전체의 39.3%를 차지하고 하이브리드 차량이 17.3%까지 확대됨으로써 이들의 비율은 60% 가까이에 이르렀다(2013년도). 특히 도요타는 2014년 상반기에 하이브리드 차량 비율을 처음으로 50%를 넘겼다. 100만~200만 엔 사이의 저가 자동차가 주로 판매되고 있다는 뜻이며, 이러한 경향이 가속되고 있다는데 주목할 필요가 있다. 일본인의 검소한 소비성향은 과거 칭송의 대상이었고 지금도 여전히 배울 점이 많다. 그러나 이 글에서는 저소비 나선형으로 치닫고 있는 일본적 소비성향과 이에 연관된 일본 제조업의 우울한 이면에 대해 살펴본다.


(1) 저소비 일본사회의 신기술 개발의 고뇌


유독 일본에서 경차 판매비율이 높은 이유로는 일본 독자적인 차량규격이 정착됐고 오랫동안 저성장의 늪에 빠져 있었다는 점을 들 수 있다. 자동차 내수판매가 일정하게 유지되더라도 저가 자동차의 판매비율이 높아진다는 것은 소비자의 실질소득이 감소하고 있음을 나타냄과 동시에 기업의 수익성 저하되고 있음을 의미한다. 내수침체의 주된 원인은 기본적으로 기업 측에 있다. 실질임금 상승을 억제해 이윤을 확보하고 그 자원을 설비확충과 연구개발에 투입함으로써 항상 최고 수준의 기술과 신제품을 선보였다. 물건을 꼼꼼히 만들어 내다팔기만 하면 특히 수출시장에서 어김없이 잘 팔렸다. 그러나 ‘축소 지향적인 일본’ 제조업은 ‘확대 지향적인 한국’ 제조업의 부상으로 말미암아 황혼기를 맞이한 듯하다.


문제의 핵심은 일본이 여전히 소비능력 및 기호와는 동떨어진 제품을 만드는데 있다. 대표적인 사례가 전기차 개발(미쓰비시) 및 전 차량 하이브리드 전략(도요타)인데 세계시장 기준에서 보면 전기차와 하이브리드 차량은 아직 양산소비단계의 제품이 아니다. 일본제 휴대폰의 글로벌화 실패 사례가 그러했듯이 자칫 소비자로부터 외면당할 공산이 크다. 일본 자동차시장은 아래 표와 같이 잘 팔리는 저가 자동차와 정부보조금(세금)을 경품으로 끼워 파는 하이브리드 또는 전기차로 양극화됐다. 이러한 시장동향은 실질임금 상승을 자제하고 절제하는 일본적 고용관행이 낳은 부작용이며, 아베노믹스의 임금인상 정책을 가로막는 역풍으로 작용하고 있다.

(표) 엔진 유형별 차량가격 비교(일본 내수, 소비세 8% 포함)

 (2) 《V자 기술혁신 곡선 함정》 가설


도요타는 2014년 연말까지 자사 최초의 연료전지차를 출시한다. 700만 엔 가격에 정부 보조금 200만 엔을 공제하면 500만 엔 수준의 중산층 고객의 확보가 가능하다는 계산이다. 수소충전소 설비가 턱없이 부족한 가운데 내수시장 초토화’작전을 추진해 경쟁사를 따돌린다는 것이다. 이 전략은 1997년 12월 최초의 하이브리드 차량 프리우스(Prius)를 선점 투입해 성공했을 때의 전략과 유사하다. 이러한 선행 투자의 움직임은 일찌감치 전기차 제조를 자체개발에서 테슬라 모터에 위탁개발로 전환해 리스크 헤징의 실리를 도모한 사례에서도 잘 나타난다.


그렇다면 연료전지차가 시장성이 있는 것일까? 필자의 답은 ‘No’이다. 도요타중앙연구소에서 만든 시작차를 공로주행 시험으로 옮기는 수준으로 보아야 한다. 현대기아차의 수소 연료전지차의 글로벌 공세를 차단하는 효과를 노리고 있다. 앞서 지적한 것처럼 일본의 자동차 판매의 주된 고객은 100만 엔대의 저가의 경차와 200만 엔대의 양산 하이브리드 차량에 집중돼 있다. 전기차 수요는 지방자치단체 또는 공공단체의 주문으로 이뤄지는 수준이며, 500만 엔을 호가하는 연료전지차의 판매는 연소득 1000만 엔 이상의 고소득층이 아니면 기대하기 어렵고(월 소득 50만 엔×10개월≒500만 엔) 동일한 소득이라면 크라운이나 렉서스를 선호할 것이다.


V자 기술혁신 곡선의 단층구조



필자는 이와 같은 단층구조 현상을 《V자 기술혁신 곡선 함정》 가설로 규정하고 있다. 가솔린 엔진 자동차의 경우 소형에서 대형까지 폭넓은 가격대를 형성해 소득수준 차이에 맞는 마케팅이 가능했으나, 배기량과 연비효율 사이의 반비례 관계를 최대의 숙제로 안고 있었다. 환경친화형 엔진 자동차의 경우는 연비효율의 향상에 비례해서 가격도 상승하므로 소득층 간 불균형 문제를 노정시킬 소지를 안고 있다.


위 그림은 다음과 같은 의문을 제시하고 있다.

① 경차와 그 이외의 차량 구매자 사이의 소득수준 분단현상에 어떻게 대처할 것인가?

② 전기차와 그 이외의 차량 사이에 존재하는 기술체계의 이질성을 극복할 수 있는가?

③ 하이브리드 차량에 대해 연료전지차가 보완적인 제품의 역할을 할 수 있을 것인가?


비즈니스의 측면에서 보면 자동차 엔진의 기술혁신은 V자 기술혁신 곡선의 ‘우측 3부능선’에서 멈춰서 있다고 봐야 타당하다. 그럼에도 불구하고 도요타가 하이브리드 차량 등에 올인을 시도하는 이유는 무엇일까? 필자의 《V자 기술혁신 곡선 함정》 가설을 따른다면 많은 자동차 기업이 기술선택 문제로 또는 경영자원의 부족으로 전략의 혼맥상을 드러내면서 경영이 위태로질 것이라는 서바이벌 게임 룰을 간파했기 때문으로 풀이된다.


(3) 한국 자동차산업에의 시사점


요즘 각국 정부당국, 업계 이익단체 등이 모두 자동차 신기술 개발을 독려하고 나섰다. 물론 국익이 걸린 자존심의 대결이니 정부의 대응에는 충분히 공감한다. 업계가 새로운 수종사업 선정에 고민한 나머지 힘겨루기 게임에 동참하는 데도 이해가 간다. 그러나 거듭 강조하지만 하이브리드 자동차 시장은 화석연료가 고갈되지 않은 한 세계시장에서의 입지는 좁아질 수밖에 없으며(일본 자동차시장의 갈라파고스 현상), 연료전지차의 경우도 소비자의 주머니에서 세금 징수를 늘리지 않는 한 역시 양산 소비가 어려운 품목이다.


도요타를 비롯한 굴지의 자동차 그룹이 한결같이 《V자 기술혁신 곡선 함정》을 쳐놓고 경쟁사가 빠져들기를 기다리고 있는 형국이다. 현대기아차 그룹은 도요타가 선도하는 하이브리드와 같은 차량개발 랠리에 섣불리 끼어 들어서는 안 된다고 생각한다. 분명 위험한 비즈니스이기 때문이며 동시에 현대기아차의 시장 확대정책과도 상반되는 기술전략이기 때문이다. 다만 함정의 위치와 사냥감이 무엇인지를 정확히 파악하는 것으로 충분하다(적정 수준의 연구개발 지속). 이른바 개척자 리스크(Pioneering costs)를 사서 덮어쓸 이유가 없다는 말이다. 일찍이 헨리 포드를 불러 전기차 개발을 종용했던 전기의 시조 에디슨이 포드의 설득을 받아들여 포기한 사업이 바로 전지를 장착한 전기차 사업이었다. 세계 자동차산업 역사를 한번 되돌아봐 주기를 바란다.


주: 이 글은 2014년 4월 11일, KOTRA 나고야무역관과 나고야 한국총영사관이 공동주최한 〈한국자동차부품의 일본시장 진출을 위한 전문가 라운드테이블〉에서 필자가 발표한 내용의 일부를 반영했습니다.


Hybrid and dual clutch transmission modules are now offered to the heavy truck sector as options with ZF’s TraXon modular platform. In addition to the conventional torque converter and dry clutch modules, this basic, compact transmission can be specified with TraXon Hybrid, integrating a 120 kW, 1000 Nm electric motor, and the TraXon Dual module, promised to deliver barely-perceptible gearshifts plus enhanced fuel economy and driver comfort.

The basic TraXon transmission can transmit torque of over 3000Nm, and can be ordered with 12 or 16 forward gears and two or four reverse gears; overdrive is an additional option. TraXon is said to emit 6 dB less noise than ZF’s previous AS Tronic system, thanks to its new design, improved housing and anti-rattling damper. ZF claims efficiency of 99.7%.

TraXon Dual requires little modification over the basic unit, says ZF, but its parallel partial clutches give particular benefit in the upper gears and allow for “long” rear axle ratios, aiding fuel economy on long-distance trips. Shifting between the upper gears—enabling the driver to optimize the transmission ratios both for performance and economy—is a more comfortable, less disruptive process. This is due to the quick shifts and, with most gear changes, lack of interruption to the tractive force. This benefit also applies to starting off in the lower gears.

Fuel efficiency is further enhanced by the TraXon Hybrid module, mounted in the clutch bell housing. This enables functions including all-electric driving at low speeds and for short distances, boosting of the combustion engine, start-stop to cut the engine when idling, and energy recuperation, which can direct otherwise wasted energy for auxiliary power supply to items such as cooler units and to electrical features in the driver’s cab. It has the potential to facilitate additional functions, such as “coasting”—the switch-off of the diesel engine when rolling, giving potential fuel savings of around 3%—as well as the fitment of quiet, efficient electric PTOs (Power Take-Offs) rather than noisier mechanical units, such as those currently used in municipal waste trucks or ambulances operating in residential areas.

The projected fuel saving of around 5% for the hybridization of heavy commercial vehicles is less than the 20% ZF suggests is possible in the lighter-weight delivery vehicle sector. However, “…with the considerably higher mileage and fuel consumption of heavy trucks, hybrid technology is nevertheless an economical solution that goes easy on resources and pays off within a reasonable time period,” says Winfried Gründler, Head of Truck and Van Driveline Technology, ZF. “Studies have shown that the use of hybrid drives in heavy trucks bears considerable savings potential.”

Arguably the cleverest innovation in the TraXon platform is in its control system, which uses sensors to constantly monitor speed, pitch and direction of rotation, and allows the integration of predictive technologies. The satellite navigation-based PreVision GPS directly feeds location and map data into the transmission to select the optimal gearshift for the upcoming terrain or road topography, or to prevent an unsuitable gearshift which might compromise fuel efficiency. It anticipates factors such as steep hills, ongoing sections of mountainous roads, or sharp bends and sudden curves.

PreVision GPS can also work with the “coasting” function to simply decouple the driveline when the truck is rolling (down a gentle slope, for example) and to predict when the transmission should be put back into gear, or to apply brakes as necessary. These anticipatory gearshift strategies have the potential to reduce trip times, as well as fuel consumption and tailpipe emissions, smoothing out progress and maintaining optimum speeds.

The TraXon Hybrid and PreVision GPS technologies are both showcased in the ZF Innovation Truck, presented at the September 2014 IAA Commercial Vehicles Show in Hannover. The Innovation Truck—a 25.25 m-long tractor-trailer combination—can be remotely maneuvered at low speeds (and with zero emissions) by using a tablet app, is compatible with autonomous steering systems and features advanced Bluetooth-enabled telematics.

Daze Of Peak Oil… Or At Least Peak Oil Production

Production of crude oil has nearly stalled despite a near quadrupling in the price since ’01 and it seems likely the world has entered the Peak Oil phase and neither the governments nor central banks (try as they may) can paper this over. Without the growing supply of adequate cheap energy, there isn’t adequate GDP growth, and without the GDP growth, there is no way to outgrow, pay off, or service the huge debts incurred but by interest rate suppression. The dual occurrence of peak oil with ZIRP (zero interest rate policy) is a truly unfortunate state of affairs. But whether or not they happened in tandem, both were inevitable. Still, governments and central banks are attempting to maintain the pre-peak oil system and avoid the pain of free market corrections to supply, production, and price. It is in this light that the centralization and “intervention” of stock, bond, and real estate markets and the manipulation of commodities growing in scale and frequency since ’09 should not be shocking. Free markets are the enemy of fraud, the punisher of bad fiscal and economic behavior and thus free markets will not be allowed to facilitate true price discovery (i.e., REALITY).

The story of energy, particularly cheap and plentiful crude oil, has been the foundation of rapid economic global growth since WWII. The Global story of crude oil is integral to understanding the world of 2014. Crude oil matters so much because there is no readily available replacement for its energy and chemical uses and any likely eventual replacement will be at significantly higher costs. Ever higher costs of energy are negatively impacting GDP growth the world over and absent GDP growth there is no way to service or grow our way out from the great debts that have been incurred.

Was 2005 the Peak for Cheap, High-Quality Oil?

Seems the world hit “peak conventional oil” or “peak high-quality, low-cost oil” about 2005 & 90%+ of all subsequent global supply increases to offset retiring low-cost, high-quality sources worldwide have been due to production gains coming from uneconomical and unsustainable US/Canadian “tight oil” and tar sands. The global production stall has been cushioned by falling US, EU, Japanese consumption allowing greater % of existing production to supply growing users like the BRICS…

  • From ’05 through ’13, Global total supply rose 5.3 mbpd (million barrels per day) or 6% (again, US / Canada “tight oil” Shale responsible for nearly all this increase) while average annual price rose 55% from $58 to $90 per barrel… with prices as high as $147/barrel along the way.

Peak oil is not the end of oil but instead as the name implies, the maximum output before the declines onset… it is marked by the rotation from high-quality, low-cost sources to higher expense, lower quality sources (requiring higher production costs in exploration, extraction, refining, etc.). Peak oil is also marked by the exploration and development of higher difficulty (Arctic, deep sea, tar sands, shale, etc.) production sources in ever more remote locations… but these will generally be inferior quality and quantity to the sources that are being retired and generally have a far shorter life cycle. Peak “exportable” oil is a further complication where-by net exporters consume ever more of their own production leaving a diminishing supply of exportable oil available to all importing nations.

A longer term perspective

Energy prices and interest rates rose together during the 70s until 1980. Then they fell in tandem from ’80 ’til ’98. However, they dramatically diverged in 2001 never to correlate again. Energy rose from $37 to $90 and rates falling from 18% to zero. The 750% increase in energy prices since ’98 have been financed by a simultaneous 98% decrease in the Federal Funds Rate (cost of debt).

US Job Creation Collapsed in sympathy with higher energy costs!!!

Forget UE rates or other BLS #’s. Let’s just work from raw data in the chart below… 1960 to 2000 there were 75 jobs created for every 100 gain in US population… or a ratio of 75% newly created jobs per every 100 gain in population. From 2000 to 2007 newly created jobs per population gain fell to 29%. From 2008 til present, the job creation per population growth has collapsed to 9% or 9 jobs created per every 100 new Americans!!!

But the 9% number is misleading due to the fact all job gains in this ’08-present period were part time jobs while full time jobs fell in excess of 900k over the period… if we based this on full time jobs (those with higher wages, benefits, 401k’s, etc.), the number would be negative.

The rising cost of energy throughout this period seems to tightly correlate with the collapsing job creation. There are many structural reasons for the slowing US jobs creation (technology, outsourcing, etc.) but higher costs of energy are certainly responsible for a portion of the collapse.

Noticeable below is the population growth, “not in labor force” growth, and part-time worker growth vs. the stall in the labor force, total employed, and the fall in full-time workers.

And household net worth grew almost at double the pace of Wage growth from ’00 until Present (below).

And as Energy Prices Soared, America Went Bankrupt!!!

In the below chart, ’00 til present, Treasury debt and total debt (including unfunded liabilities) grew +265% while Household Net Worth grew +85%, and GDP grew about +30%. America’s total debt now exceeds its GDP by +500%, up from +115% in ’00. And, btw, America went bankrupt in ’07, when liabilities surpassed assets.

Breaking it down…

  • ’55 to ’72 was the golden economic age in postwar America; the cost of energy was stable in a tight range, FFR rose gently across the period, Debt to GDP fell from over 100% in ’48 to 33% by ’72 (remember, the US ran no budget federal budget deficits from ’48 til ’57 and GDP doubled in that time).

  • ’72 to ’80 sees the good work of the previous two decades reversed; energy prices skyrocket, US energy production begins a long fall, rising debt is masked by the Unified Budget accounting fraud, and US interest rates rise for the final prolonged period.

  • No wonder the ’80s and ’90s were so good to the markets; Who remembers the price of oil fell consistently from 1980 until 1998 by a total of 68%, Fed’s Fund Rate fell by 73%, and national debt doubled. Good times!!!

  • But things turned nasty in the ’00s; energy prices skyrocketed while production is moribund, interest rates bottom out at zero, and Debt to GDP returns to WWII levels.

And what would ’14-’24 look like? Most likely continued declining oil production, higher energy costs, and more debt.

Oil Production Close-Up

Here’s the strongest evidence of peak oil. Despite the massive price increases, the rise in global oil production since ’98 has been anemic… oil production has only minimally responded to higher prices.

Global production added approximately 1% annually to production… the same amount that was added annually from ’81 to ’98 when energy prices fell 68%.

Or more pointedly, global production is barely able to offset the conventional production losses with new production… despite the growing demand and massive price hike which should draw all available production to the market.

The below chart tracks the rising price and production of global crude oil from 1950 til 2013. A 770% rise in price was met w/ a 780% production increase from ’50-’01. However, since ’01, a 290% price increase resulted in only a 15% production increase (all prices are average annual crude oil prices in $’s and global production numbers).

Global Crude Oil Supply and Demand – Asia, Europe, N. America importers… Middle East / Eurasia / Africa exporting.

2000 through 2013 oil production and consumption trends…

  • N. America – Production rising, consumption falling
  • Eurasia and Middle East – Production rising, consumption rising
  • Asia – Production flat, consumption rising
  • S. America – Production rise, consumption rise
  • Europe – Production collapsing, consumption falling
  • Africa – Production flat, consumption rising

Consumption – US and EU both peak in oil consumption in ’05, Japan peaked in ’96 and has continued falling 20.5% since. Falling total energy usage seems to imply an ongoing depression. However, BRICS are all showing growth and at record consumption in ’13.

Production – Crude oil production growth in US / Canada accelerate while remainder of the world slowing production despite the near tripling of average prices over the 3 periods.

Focus on N. America (US / Canadian) production gains and consumption decline

Only US and Canada found the capability to significantly increase production at higher prices!

  • Total global oil production growth since ’05 slowed to less than 1% (yoy), less than half the pace of previous periods since WWII… but it wasn’t an across the board slowdown despite across the board price increases of 160% (400%-650% since ’01)
  • Global production Excluding US / Canada stalls
    • Global production excluding US / Canada production (representing 86% of ’05 global production), increased by 446 thousand barrels per day over 8 years or 56 thousand barrels (yoy), a .006% increase annually (6 one hundredths of 1%).

-US / Canadian production significantly accelerates

-US / Canada production representing 14% of total ’05 global production, US / Canada production grew 4.9 mbpd or 620 thousand barrels a day (yoy).

The below chart shows combined US / Canadian production bottom in ’05, stagnate til year end ’08 when a rapid acceleration in production takes effect.

Nearly all production gains from ’05 ’til present are due to US / Canadian growth.


How did US and Canada Increase Production?

Production growth in America is from “Tight Oil” while Canada is a combination of tight oil and tar sands.


Canada – Tar Sands + Tight Oil

What is “Tight Oil”? Tight oil is generally production using hydraulic fracturing, generally in shale formations, often using the same horizontal well technology used in the production of shale gas. These new sources of oil are generally low quality, high cost, and generally short in duration.

The new tight oil crude is much lighter than traditional crude. According to the Wall Street Journal, the expected split of US crude is as follows:

There are many issues with the new “oil” production:

  • The new oil production is so “light” that a portion of it is not what we use to power our cars and trucks. The very light “condensate” portion (similar to natural gas liquids) is especially a problem.
  • Oil refineries are not necessarily set up to handle crude with so much volatile materials mixed in. Such crude tends to explode, if not handled properly.
  • These very light fuels are not very flexible, the way heavier fuels are. With the use of “cracking” facilities, it is possible to make heavy oil into medium oil (for gasoline and diesel). But using very light oil products to make heavier ones is a very expensive operation, requiring “gas-to-liquid” plants.
  • Because of the rising production of very light products, the price of condensate has fallen in the last three years. If more tight oil production takes place, available prices for condensate are likely to drop even further. Because of this, it may make sense to export the “condensate” portion of tight oil to other parts of the world where prices are likely to be higher. Otherwise, it will be hard to keep the combined sales price of tight oil (crude oil + condensate) high enough to encourage more tight oil production.

2009 through 2013 saw a rapid increase in US production, almost entirely from low quality, high cost new tight oil sources while conventional high-quality, low-cost production maintained its long, gradual decline.

How sustainable and profitable is this new “Tight Oil”?

From SRS Rocco

In 2010, the hole left behind by fracking was only $18 billion. During each of the last three years (’11-’13), the gap was over $100 billion/yr. This is the chart of an industry with apparently steep and permanent negative free cash-flows: This is the huge problem with Fracking shale oil and gas. Due to the extremely high annual decline rates of the typical shale oil or gas well, companies must continue to spend a great deal of capital expenditures to replace what was lost. It’s known as the DRILLING TREADMILL… once you start, you can’t get off.

In one year the top 127 oil and gas companies spent $110 billion more on capital expenditures than they received from operations. So, they acquired $106 billion in additional debt (a large percentage through the Junk Bond Market) and sold assets to make up the difference.

This is not a sustainable business model, just like the same nonsense taking place in the broader stock markets as corporations buy back massive amounts of their stock to give the ILLUSION that everything is fine and BAU- Business As Usual will continue.

Not only are many of these oil and gas companies hiding the fact that their balance sheets are hemorrhaging debt, they also have a cozy situation with the Federal Government. Basically, the Fed’s allowed them to defer more than half of their tax bill… and it’s a lot of money. In a nutshell, the top 20 oil and gas companies still owe $16.5 billion (more than 50%) to Uncle Sam in tax revenue.

Conclusion –

It appears the world hit peak cheap, high-quality oil sometime in ’05 and the fallout since has been spectacular financial chaos. Declining GDP “growth”, money printing gone wild, ZIRP and NIRP activated, all since adequate supplies of newly available cheap energy failed to offset the declining conventional production. And the US / Canada low quality, high cost, unsustainable shale “miracle” signals the death throes of a global economy entirely dependent on cheap energy for growth and service of peak debt.

And the current path of deceit, QE, and command economies will only further what ails us enriching ever fewer at the expense of ever more. Shale oil and oil in general is finite and should be priced accordingly… and we should adjust.

There are solutions to the problems which ail us… not easy solutions, but genuine solutions nonetheless. But prior to talk of solutions, a consensus that there is a problem is necessary. I don’t write any of this to prove we are doomed… to the contrary I write with the hope that an informed, aware citizenry reacquainted with reality can do what’s it’s done throughout history when faced with adversity; come together for a brighter future.


• June ’04 to Nov ’10 oil (monthly closes) traded between $42-$85/barrel for all but 12 months (’07-’08 super spike).

• Nov ’10 til present monthly average was above $85 in every month but one (Aug ’11 @$79)… 46 months straight above $85.

• Noteworthy is the 10 month oil price moving average… We set a new record high for the previous 10 month period in June ’14 @ $99… higher than the $98.5 peak of ’08. The economic strains associated with such a prolonged period of historically elevated prices have typically led to recessionary reactions. If the traditional pattern plays out, we are likely to see one to three months of spike lows below $85 but maintaining $85 on the monthly closes (like we saw in ’08 @ $42)… and once that is complete and $85 is confirmed as the new “floor”, significantly higher prices would seem likely.. probably in conjunction with new QE or stimulus programs.

일본엔진기술, 50% 열효율을 향한 도전

1. 도입

2050년에 이르러도 내연기관이 파워트레인의 대부분을 차지할 것이라는 것은 국제에너지기구(IEA: International Energy Agency) 등의 보고서를 통해 이미 잘 알려져 있는 사실이다. 최근 전기 및 수소자동차 등 탄소연료를 이용하지 않는 에너지원에 대한 관심 및 지원이 증가하고 있기는 하지만, 이들이 탄소연료를 이용하는 내연기관을 단기간에 대체하기는 힘든 상황이기 때문에, 당장 직면하고 있는 환경문제 및 규제에 대응할 수 있는 기존 내연기관의 열효율 향상기술이 보다 현실적이고 중요한 과제로 인식되고 있는 추세이다.

글 / 문석수 (일본산업기술종합연구소)
출처 / 오토저널 7월호

이러한 추세에 더불어 2014년 일본 정부는 내연기관기술에 대한 새로운 비전을 제시하였는데, 이는‘내연기관의 혁신적 제어를 통해 향후 5년 안에 기존 엔진의 열효율을 50%까지 끌어올릴 수 있는 요소기술을 개발하고, 이를 통해 내연기관에서 발생하는 CO2 양을 2011년 대비 30% 저감하겠다는 것을 목표로 하고 있다. 이의 실현을 위해 기초기술부터 응용, 사업화 기술에 이르는 폭넓은 연구에 대해‘혁신적 이노베이션 창조 프로그램(SIP)’이라는 대형 국가프로젝트 안에서 지원할 것이라 밝혔다. 이러한 정부의 정책흐름에 맞물려 일본의 자동차업계 및 연구소, 대학 등은 50% 열효율 달성이라는 화두를 바탕으로 다양한 형태의 연구회 및 컨소시엄을 구성하고 있다.

본 고에서는 50%의 열효율 달성을 위해 구축되고 있는 최근 일본의 연구협력체제 및 각 체제에서 거론되고 있는 주요연구과제에 대해 소개하고자 한다. 아직은 방향성이 정립되어 있지 않고 성과가 가시화되지 않은 상태이기 때문에 이 시점에서 다루기에는 시기상조이지 않을까 하는 생각도 하였으나, 최신 동향을 보고하는 것이 본 고의 주목적임을 감안할 때 흥미로운 주제가 될 수 있다고 판단하였다.

2. 가솔린엔진 기술 (내연기관공동연구추진위원회)

일반적으로 가솔린엔진의 열효율은 디젤엔진보다 낮기 때문에 50% 열효율 달성을 위해서는 디젤엔진이 보다 유리한 선택이 아닐까 생각할 수도 있다. 그러나 디젤엔진은 고압정밀분사시스템, PM 및 NOx 규제를 맞추기 위한 후처리 장치를 필요로 하는 등 시스템이 점점 고도화되고 복잡해지고 있기 때문에 가솔린엔진 대비 차량가격이 대폭 상승할 우려가 있다.

2013년 3월호에 소개한 바와 같이 다양한 열효율 향상기술(직분희박연소, 고압축비, 다운사이징, 아이들링스톱등)을 통해 가솔린엔진의 열효율이 40%에 근접해 가고 있
는 상황에서, 차세대 고효율 엔진의 핵심엔진으로서 가솔린엔진의 중요성이 재조명되고 있는 듯 하다.

가솔린엔진의 열효율 향상기술개발은 일본자동차기술회(JSAE)의‘내연기관공동연구추진위원회’를 주축으로 이루어지고 있는데, 내연기관공동연구추진위원회의 주요위원회 및 분과회는 표 1과 같이 구성되어 있다.

내연기관공동연구추진위원회는 2014년 일본자동차기술회(JSAE) 춘계대회의 GIA(Government-Industry- Academy)포럼에서, ‘가솔린엔진의 50% 열효율 달성을 위한 주요과제 및 전략’에 관해 발표했다.

내연기관공동연구추진위원회는 현재 가솔린엔진의 가장 큰 문제점으로서, 화염전파불량, 노킹(Knocking), 열손실, 냉간시동 시의 PM 생성 그림 1a 등을 들었으며, 이를 해결하기 위해 표 1에 나타난 다양한 분과회를 조직/운영하고 있다. 열효율 향상을 위한 핵심전략으로는 스파크점화 연소예측모델 구축을 통한 화염전파 최적화, 노킹방지, 열손실 최소화 그림 1a, 직접분사 및 과급을 통한 희박연소구현, 직접분사엔진의 PM생성 원인규명 및 방지기술확립, 저마찰윤활유의 개발을 통한 엔진 마찰손실 저감 등을 들었다. 도요타 자동차는 각 기술요소들이 열효율 개선에 기여하는 정도 및 열효율 50% 달성의 상세전략을 정리하여 나타내었는데, 그 내용은 그림 1b에 나타나 있다.

위의 기술들을 실현하기 위해서는 무엇보다 기초부터 확실히 이해해 나가는 것이 중요하다고 내연기관공동연구추진위원회는 인식하고 있다. 현존하는 시스템의 궁극적인 최적화를 이루어 내고자 하는 것이기 때문에 엔진연소를 지배하는 모든 요소들에 대한 물리적 이해는 필수일 것이다. 빠른 시일 내에 성과를 이루어 내기 위해 그 동안 중요성이 잊혀져 왔던 기초연구가 지금과는 다른 차원의 열효율을 이루어 내기 위해 다시 재조명 되고 있는 흐름이다.

이를 위해 내연기관공동연구추진위원회는 엔진 내 분무거동의 고도해석을 통한 분무모델 및 벽면충돌 모델의 재정립, 피스톤 벽면온도 및 열유속 계측기법의 개발 및 모델화, 피스톤 흡착 액막두께와 PM 배출량의 연관성 규명 등 기초연구에 비중을 두어 연구를 진행하고 있다고 밝혔다.

3. 디젤엔진 기술 (승용디젤엔진연구회)

디젤엔진의 열효율 향상 및 클린화 기술은 JSAE 승용디젤엔진연구회를 주축으로 이루어지고 있다. 승용디젤엔진연구회 역시 내연기관공동연구추진위원회와 마찬지로 기초연구에 큰 비중을 두고 있으며, 엔진성능 및 배기만을 평가하는 단순한 방식의 연구는 지양하는 분위기이다.

그림 2는 승용디젤엔진연구회의 주요 연구과제들을 정리해서 나타내고 있다. 엔진연소 관련해서는‘혁신연소’및‘연소제어모델’이라는 과제가 형성되었는데, 이들 과제는 고도연소제어를 통해 연소속도를 개선시키는 동시에 열손실을 최소화는 것을 목표로 삼고 있다. 또한 어떤 연소가 가장 최적화된 연소인가를 판단하기 위해 분무 및 연소모델의 재정비을 통한 고정밀 엔진시뮬레이션 기법을 개발하고, 예측정밀도가 높아진 시뮬레이션 기법을 통해 엔진제어의 응답성 및 정확도를 향상시키는 이른 바‘모델베이스엔진제어’에도 힘을 쏟을 계획이다.

엔진후처리기술관련해서는가장많은과제가형성되고있다.‘ EGR침적물’이라는과제를통해EGR 밸브등에 침적물이 발생하는 원인을 규명하고 이를 최소화 할 수 있는 전략을 수립하여, 엔진에 적용할 수 있는 EGR의 최대량을 증대시킬 계획이다. 또한‘DFP모델’이라는 과제를 통해 DPF 내 입자상 물질의 퇴적량을 예측하여 최적재생시기를 결정하고, 정화효율을 극대화시키는 연구를 진행 중이다. 이 밖에 산화촉매의 HC 피독에 의해 발생하는 백연을 최소화시키는 기술개발을 진행 중이며, 저온부터 고온의 폭넓은 온도영역에 걸쳐 높은 정화효율을 내면서 귀금속의 이용량을 최소화한 슈퍼촉매의 개발에도 힘쓸 예정이다.

엔진마찰저감 관련해서는‘저마찰윤활’이라는 과제를 통해 엔진 내 윤활메커니즘을 규명하고 윤활성능의 향상을 도모하는 한편, 마찰이 적은 새로운 윤활유를 개발하여 구동시스템의 마찰 저감에 힘쓸 예정이다.

4. 통합엔진연구체제의 발족 (자동차용내연기관 기술연구조합)

2014년 5월 19일, 앞서 언급한 내연기관공동연구추진위원회 및 승용디젤엔진연구회를 아우르는 통합엔진연구체제인‘자동차용내연기관 기술연구조합(AICE : The Research Association of Automotive Internal Combustion Engines)’이 새롭게 발족하고, 도쿄에서 기자회견 및 발족식을 가졌다. 필자도 참가한 이 발족식에는 연구조합의 관계자 뿐 만 아니라 정부의 고위관료들도 참여하여 범국가적인 연구체제의 발족을 알렸다.

그림 3에 나타난 바와 같이 AICE는 일본의 양산업체 8사와 2개의 연구기관을 중심으로 결성되었다. 결성의 주요 목표는 양산업체가 직면하고 있는 공통의 문제점들에 대해 서로 경쟁하면서 시간과 비용을 낭비하기 보다는 서로 협력하여 풀어나가 일본의 대외경쟁력을 향상시키고자 하는데 있다. 현재는 10개기관으로 시작하였지만 향후 일본의 주요대학을 참가시켜 본격적인 연구조직을 구축할 계획이다.

AICE는 기본적으로 독일 FVV 등 유럽의 연구협력체제를 롤모델로 하고 있으며, 향후 5년 안에 유럽의 연구협력모델을 따라잡는 동시에 보다 효율적인 일본모델을 구축하여 중장기적으로 엔진기술을 선도할 새로운 전기를 마련하는 것을 또 하나의 목표로 삼고 있다.

2014년부터 일본정부가 추진하는 SIP프로젝트의 시작에 즈음하여 결성된 AICE는 향후 SIP와 연계하여 추진하는 등 여러 가지 논의가 이루어지고 있으나, 아직은 구체적인 연구테마 및 추진방식이 결정되지 않고 있다. 현재 AICE 및 SIP의 연구체제 및 테마에 관한 논의가 활발하게 이루어지고 있으며, 조만간 상세 추진전략이 발표될 것으로 보인다.

5. 맺음말

본 고에서는 최근 50%의 열효율 달성을 위해 구축되고 있는 일본의 연구협력체제 및 각 연구협력체제에서 거론되고 있는 주요연구과제에 대해 살펴보았다.

이제 막 걸음을 뗀 단계이기 때문에 어떠한 성과를 이루어 낼 수 있을지 아직 미지수이고, 또한 추진하고 있는 요소기술들이 지금까지 논의되어 왔던 것과 크게 다르게 보이지는 않는다. 하지만, 내연기관의 50% 열효율을 달성하기 위해 정부, 양산업체, 대학의 역량을 집결시키고자 하는 노력을 시작했다는 것이, 또한 내연기관 연구에 대한 지원에 인색했던 일본 정부가 자세를 바꿔 이를 주도하고 있다는 것이 주목할 만한 변화라고 보여진다.

이러한 일본의 새로운 움직임이 5년 후 일본 및 세계의 자동차 시장에 어떠한 변화를 가져올 지 주목하고 지켜볼 일이다. 필자는 새로 결성된 통합연구체제(AICE 및 SIP)의 연구성과에 대해 향후에도 지속적으로 보고하고자 한다.