Den samlede energieffektivitet er en af de mest kritiske faktorer for den økonomiske rentabilitet i Power-to-X projekter. Når strøm omdannes til ammoniak og efterfølgende til andre brændstoffer, sker der et betydeligt energitab i hvert omdannelsestrin. Dette kaldes ofte for 'round-trip efficiency'. Hvert trin, fra elektrolyse til ammoniak-syntese og eventuel videreforarbejdning, reducerer den mængde energi, der i sidste ende er til rådighed som brugbar energi.
I sammenligning med direkte elektrificering, hvor strømmen sendes direkte til en motor eller varmepumpe med meget høj effektivitet, kræver Power-to-X en væsentligt lavere elpris for at være konkurrencedygtig. Da man skal bruge langt mere elektricitet for at producere den samme mængde energi i form af et brændstof, øges de variable omkostninger markant. Den økonomiske udfordring består altså i, at de højere energikrav skal opvejes af værdien af det færdige brændstof eller de systemiske fordele ved at kunne lagre energi over længere tid.
