Modeling self-heating and dry matter loss in large-scale biomass storage

Abstract: Materialförluster och självuppvärmning är ett vanligt problem vid lagring av biomassa i stor skala. Biomassan som lagras bryts med tiden ned av mikroorganismer och kemiska processer vilket resulterar i en förlust av torrsubstans, ofta kring 1-4% per månad. Självuppvärmningen kan leda till mycket höga temperaturer i högarna av biomassa och kan i vissa fall leda till självantändning av biomassan. I detta examensarbete utvecklas en matematisk modell bestående av 21 kopplade partiella differentialekvationer som beskriver värme- och massflöden med målet att beskriva självuppvärmning och massförlust i systemet. Med syftet att undersöka hur värme- och massflöden påverkas av högarnas geometri, storlek, kompaktering och eventuella temperaturgradienter, skapades först en modell ii COMSOL. Resultatet från dessa simuleringar används sedan för att bygga en modell i MATLAB där flödena kan undersökas tillsammans med den komplexa reaktionskinetiken. Resultatet från denna två-dimensionella modell jämförs sedan med data från pågående forskning av SLU. Resultaten visar att de simulerade värdena liknar de experimentella data från SLU men modellen har svårt att beskriva hur materialet torkar, vilket är en vanlig observation vid lagring av biomassa. Modellen visar att fukthalten i det lagrade materialet, tillsammans med andelen lättnedbrytbart material är de två viktigaste parametrar som avgör magnituden av substansförlusten och dessutom potentialen för självuppvärmning.