/proc/sys/fs/binfmt_misc/CLR é criado pelo kernel quando você registra um formato binário chamado "CLR". Você consegue registrar um manualmente?
echo ':CLR:M::MZ::/usr/bin/mono:' | sudo tee /proc/sys/fs/binfmt_misc/register
Se isso funcionar, a solução provavelmente é adicionar um arquivo em /etc/binfmt.d ; veja man binfmt.d para mais informações.
Você tem certeza de que o systemd está reclamando que ele já não está lá? O systemd-binfmt.service do systemd deve fazer isso por você (mas eu acho que ele precisa desse arquivo de configuração para fazer isso).