O problema foi simplesmente que o módulo do kernel efivars não foi carregado.
Isso pode ser confirmado por:
sh-4.2# efivar-tester
UEFI variables are not supported on this machine.
Se você for chroot da sua nova instalação, exit out e, em seguida, ativar efivars :
exit
modprobe efivars
... e depois chroot de volta. No meu caso, isso significa:
chroot /mnt
mas você deve chroot da mesma maneira que fez antes.
Uma vez de volta, teste novamente:
efivar-tester
Isso não informará mais um erro, e você poderá instalar o grub da mesma forma que fez antes.
grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/boot --bootloader-id=arch_grub --recheck --debug