This policy brief deals with the research findings of the collaborative research project “CHAnces IN Sustainability – promoting natural resource based product chains in East Africa” (CHAINS) funded by the Federal Ministry of Education and Research, and the DLR Project Management Agency. It presents the studies investigating the value chains of highland BAMBOO and NATURAL GUM AND RESIN products in Ethiopia as well as GUM ARABIC value chains in Sudan. These products possess high eco¬nomic, social and environ¬mental benefits and untapped potentials. However, their pro-duction and commercialization are con¬strained seriously by various challenges limiting the realization of their potentials. Identified policy options are: • strengthen institutional capacity; • improve infrastructure and support services; • organize necessary information for sustainable utilization planning; • facilitate actors’ communication, innovation and fair partnership. This calls for forest product value chain development that is supported by policy, training, research, technology development and transfer, market linkage that consider private sectors, state, civic organizations, universities and research institutes.

Zahlreiche Hoffnungen sind mit einer auf Pflanzen basierenden Wirtschaft, einer Bioökonomie, verbunden. Ob deren Weiterentwicklung den Zustand der Umwelt und die Wohlfahrt eines Landes verbessern kann, bleibt jedoch fraglich. Sich im Aufbau befindliche Bioökonomie-Monitoring-Systeme haben die Aufgabe, Informationen über Zielkonflikte zu liefern und somit eine erkenntnisgestützte Politikgestaltung zu ermöglichen. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, Erkenntnisse für die Weiterentwicklung solcher Systeme zu gewinnen. Bisher entwickelte Bioökonomie-Indikatoren sind ungeeignet, den Übergang von einer fossil-basierten zu einer bio-basierten Wirtschaft korrekt abzubilden. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb entsprechende Indikatoren entwickelt und am Beispiel der Biokunststoffproduktion in Deutschland gemessen. Damit leiste ich einen Beitrag zur systematischen Indikatorenentwicklung, zur Charakterisierung einer bestimmten Bioökonomie-Transformation und zur quantitativen Modellierung der Indikatoren. Zukünftige Bioökonomie-Monitoring-Systeme könnten davon profitieren, wenn die Indikatorenentwicklung noch stärker als Prozess verstanden wird, der eine Auseinandersetzung mit den Zielen und deren Messbarkeit umfasst, sich so lange wiederholt bis zufriedenstellende Indikatoren verfügbar sind und die wichtigsten Akteure einbezieht. Zudem ist ein stärkerer Fokus auf nachhaltige Bioökonomie-Transformationen erforderlich, die sich an einem kreislauf- und suffizienzbasierten Wirtschaften orientieren und den Substitutionsbegriff weiter fassen als bisher. Das hier entwickelte Biokunststoff-Modell könnte in Monitoring-Systeme integriert werden, wenn es um Kohlenstoffflüsse und Post-Produktionsprozesse ergänzt wird. Forschungsbedarf besteht beim Aufbau eines auf gesellschaftliche Bedürfnisse fokussierten Monitoring-Systems und bei der Wirksamkeit von Monitoring-Systemen in der politischen Entscheidungsfindung. / The relationship between bioeconomy transitions and sustainable development is not straightforward. For policymakers it is often difficult to keep track of bioeconomy developments and formulate appropriate bioeconomy-related policies that are also conducive towards sustainable development. Consequently, bioeconomy monitoring systems have recently been initiated to provide more reliable sources of information. There is a clear mismatch between the vision of a transition from fossil-based to bio-based economies and available indicators. I aim here to enhance current bioeconomy monitoring systems by developing and applying a set of appropriate indicators and providing insight into three key issues: 1) how indicators can be systematically developed, 2) what dimensions of an economy need to receive attention while monitoring transition from a fossil-based to a bio-based one, and 3) what kinds of quantitative models are suitable for this purpose. This study shows that it is possible to quantify the bioeconomy transition and measure it with systematically developed indicators, applied to plastics substitution. I conclude that, 1) developing bioeconomy indicators should be a process that is goal-oriented, iterative, and inclusive, 2) bioeconomy transition indicators need to exhibit advancement in the circular use of biomass and in sufficient consumption behavior, and 3) the model developed here can be integrated into bioeconomy monitoring systems but requires advances regarding carbon flows and post-production processes. Developers of bioeconomy monitoring systems should develop new indicators through stronger involvement of carefully selected stakeholders. Policymakers need to participate more actively in designing such systems and provide greater and more stable funding. Research could explore sectoral strategies to reduce environmental impacts while fulfilling societal needs, design related indicator sets, and assess their relevance for political decision-making.

Durch die Nutzung des fischfutterbedingten Nährstoffeintrags für die kombinierte Produktion von Fischen und Pflanzen können Aquaponiksysteme eine nachhaltige Erweiterung von Kreislaufanlagen der Aquakultur (RAS) darstellen. Herkömmliche Aquakulturfutter zielen jedoch auf Fischproduktion mit geringer Umweltbelastung ab und sind somit nicht für die Aquaponik optimiert. Daher weist RAS-Wasser häufig Mängel im Profil gelöster anorganischer Pflanzennährstoffe auf. So war es Ziel dieser Arbeit, die Auswirkungen unterschiedlicher Proteinquellen auf die Nährstoffdynamik in RAS durch Fütterungsversuche mit Afrikanischem Raubwels und Nil-Tilapia zu untersuchen, bei denen Wachstum, gelöste anorganische Nährstoffkonzentrationen im RAS-Wasser und die Ausscheidung von Nährstoffen über den Kot verfolgt wurden. Der Fokus lag auf nachhaltigen alternativen Proteinquellen zu marinem Fischmehl und terrestrischen Pflanzenproteinen: Larvenmehl der Schwarzen Soldatenfliege (BSFM), Welsschlachtabfallmehl (CM), Geflügelschlachtabfallmehl (PM) und Geflügelblutmehl (PBM). Experimentalfutter, die phosphorreiches PM und CM enthielten, förderten erhöhte Ausscheidung von löslichem reaktivem Phosphor, erzeugten die besten gelösten N:P-Verhältnisse im RAS-Wasser verglichen mit einer Hydroponik-Nährlösung und ermöglichten in Kombination mit PBM besseres Wachstum beim Wels als ein vergleichbares kommerzielles Futter. In Futtern basierend auf einer einzigen Proteinquelle führte PM bei Wels und insbesondere bei Tilapia zu ähnlichem Wachstum verglichen mit marinem Fischmehl, wohingegen BSFM und PBM bei beiden Arten Wachstumsleistung beeinträchtigte. Meta-Analysen aller Versuche legen nahe, dass höherer Phosphor-, Kalium- und Magnesiumgehalt im Futter erhöhte Ausscheidung dieser Elemente in gelöster Form bedingt, was sie zu Zielnährstoffen in Aquaponikfuttern macht, während die Optimierung des Protein zu Energie-Verhältnisses im Futter die gelösten N:P- und N:K-Verhältnisse im RAS-Wasser verbessern kann. / By using the nutrient input from fish feeds for the combined production of fish and plants, aquaponic systems can be a sustainable extension of recirculating aquaculture systems (RAS). However, conventional aquaculture feeds are optimized for fish production and reduced environmental impact rather than aquaponics. Hence, RAS water is often characterized by deficiencies regarding its dissolved inorganic plant nutrient profile. Therefore, this thesis aimed to explore the effect of purposeful dietary protein choice on nutrient dynamics in RAS through four systematic feeding trials involving African catfish and Nile tilapia in which growth performance, dissolved inorganic nutrient concentrations in RAS water and solid fecal nutrient excretion were tracked. Focus was on sustainable alternative protein sources to marine fish meal and terrestrial plant proteins: black soldier fly larvae meal (BSFM), catfish by-product meal (CM), poultry by-product meal (PM) and poultry blood meal (PBM). Experimental diets including phosphorus-rich PM and CM supported increased excretion of soluble reactive phosphorus, produced the most favorable dissolved N:P ratios in RAS water when compared to a renowned hydroponic nutrient solution, and, combined with PBM, enabled better growth performance in African catfish than a comparable commercial diet. In single protein source diets, PM produced similar growth performance in African catfish and particularly Nile tilapia versus marine fish meal, whereas BSFM and PBM impaired growth performance in both species. Meta-analyses covering all trials suggest that higher dietary phosphorus, potassium and magnesium content leads to their increased excretion in dissolved form, making them target nutrients for aquaponic feed formulation, while the optimization of the dietary protein to energy ratio can further improve dissolved N:P and N:K ratios in RAS water.